JP4087034B2 - 近視野光デバイスとその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、近視野光を照射・検出する近視野光デバイスに関するものであり、特に走査型プローブ顕微鏡の一つであり対象物質の微細領域での光学特性を観察・計測する走査型近視野原子間力顕微鏡に使用するプローブや、近視野光を利用して高密度な情報の再生及び記録を行う光メモリヘッド及び上記近視野光デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料表面においてナノメートルオーダの微小な領域を観察するために走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に代表される走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が用いられている。ＳＰＭは、先端が先鋭化されたプローブを試料表面に走査させ、プローブと試料表面との間に生じるトンネル電流や原子間力などの相互作用を観察対象として、プローブ先端形状に依存した分解能の像を得ることができるが、比較的、観察する試料に対する制約が厳しい。
【０００３】
そこでいま、試料表面に生成される近視野光とプローブとの間に生じる相互作用を観察対象とすることで、試料表面の微小な領域の観察を可能にした近視野光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）が注目されている。
近視野光学顕微鏡においては、伝搬光を試料の表面に照射して近視野光を生成し、生成された近視野光を先端が先鋭化されたプローブにより散乱させ、その散乱光を従来の伝搬光検出と同様に処理することで、従来の光学顕微鏡による観察分解能の限界を打破し、より微小な領域の観察を可能としている。また、試料表面に照射する光の波長を掃引することで、微小領域における試料の光学物性の観測をも可能としている。
【０００４】
顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイバープローブを通して試料に向けて比較的強度の大きな光を導入させることにより、光ファイバープローブの微小開口にエネルギー密度の高い近視野光を生成し、その近視野光によって試料表面の構造または物性を局所的に変更させる高密度な光メモリ記録としての応用も可能である。強度の大きな近視野光を得るために、プローブ先端の先端角を大きくすることが試みられている。
【０００５】
近視野光学顕微鏡に使用されるプローブとして、例えば米国特許第５，２９４，７９０号に開示されているように、フォトリソグラフィ等の半導体製造技術によってシリコン基板にこれを貫通する開口部を形成し、シリコン基板の一方の面には絶縁膜を形成して、開口部の反対側の絶縁膜の上に円錐形状の光導波層を形成したカンチレバー型光プローブが提案されている。このカンチレバー型光プローブにおいては、開口部に光ファイバーを挿入し、光導波層の先端部以外を金属膜でコーティングすることで形成された微小開口に光を透過させることができる。
【０００６】
更に、上述したプローブのように先鋭化された先端をもたない平面プローブの使用が提案されている。平面プローブは、シリコン基板に異方性エッチングによって逆ピラミッド構造の開口を形成したものであり、特にその頂点が数十ナノメートルの径を有して貫通されている。そのような平面プローブは、半導体製造技術を用いて同一基板上に複数作成すること、すなわちアレイ化が容易であり、特に近視野光を利用した光メモリの再生及び記録に適した光メモリヘッドとして使用できる。この平面プローブを用いた光ヘッドとして、従来ハードディスクで用いられているフライングヘッドに平面プローブを有したものが提案されている。フライングヘッドは記録媒体から約５０〜１００ｎｍ浮上するように空力設計される。このフライングヘッドの記録媒体側に微小開口を形成して、近視野光を発生させ光記録および再生を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平面プローブに光ファイバーを用いて光を導入する場合、光ファイバー端面がシリコン基板に当たるため、光ファイバーの出射端から微小開口までの距離が大きい。光ファイバーからの出射光は、光ファイバーの出射端から拡がり角を持って照射されるため、出射端からの距離が大きいほどスポット径が大きくなる。したがって、微小開口の位置における光ファイバーからの出射光のエネルギー密度が小さく、結果として微小開口から照射される近視野光の強度が小さくなる。また、平面プローブの逆ピラミッド構造は、シリコン基板の異方性エッチングによって形成されるため、逆ピラミッド構造の先端角が約７０度となり、先端角を変更することは容易ではない。したがって、逆ピラミッド構造の先端角を大きくすることによる近視野光の強度増大が困難である。
【０００８】
したがって、近視野光を用いた光メモリでは、再生信号の信号強度が小さくなるためＳ／Ｎ比が小さくなり、データ転送速度が遅くなる問題や、信号記録に必要なエネルギー密度を得ることができないため信号記録ができなくなる問題がある。また、ＳＮＯＭ用のプローブでは、近視野光の強度が小さいとＳ／Ｎ比が小さくなり、試料の走査速度を大きくできない、近視野光を用いた分光に必要な信号強度が得られない、近視野光を利用した光加工に必要なエネルギ密度が得られないといった問題がある。
【０００９】
また、平面プローブは、厚いシリコン基板から形成されるため、光ヘッドの重量が大きくなってしまう。従って、光メモリでは、高速・高精度のトラッキングが困難であるという問題がある。また、ＳＮＯＭ用プローブでは、カンチレバーの先端部分の重量が大きくなるため、カンチレバーの共振周波数が低くなり、試料の高速走査が困難になる問題がある。
【００１０】
さらに、微小開口は、フォトリソグラフィーとシリコンの異方性エッチングによって形成されているが、シリコンの厚さむらやフォトリソグラフィーの精度によって微小開口の大きさがばらつき、かつ、小さな開口を形成するのが困難であるという問題があった。さらに、開口からの漏れ光を遮断するためにシリコンの異方性エッチングによって開口を形成した後に、開口近傍に遮光膜を形成する必要があり、作製工程が複雑であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、近視野光を照射および／あるいは検出を行う近視野光デバイスにおいて、遮光膜と、前記遮光膜に形成された逆錘状の窪みと、前記逆錘状の窪みの先端にあり、大きさが光の波長以下である近視野光照射口と、前記遮光膜を支持する支持体からなる構成とした。また、前記近視野光照射口が、前記逆錘状の窪みが前記遮光膜を貫通してできた開口である構成とする。したがって、本発明にかかる近視野光デバイスは、逆錘状の窪みに光を導入することによって、近視野光照射口から近視野光を照射することができる。
【００１２】
また、前記近視野光照射口が、前記逆錘状の窪みが前記遮光膜を貫通せず、前記逆錘状の窪みの先端近傍における光透過部分である構成とする。したがって、本発明に係る近視野光デバイスは、近視野光を対象物に照射するために物理的な穴を形成する必要がないため、近視野光照射口の耐摩耗性や耐衝撃性などの物理的強度を大きくすることができる。
【００１３】
また、前記遮光膜の膜厚が１０〜５０００ｎｍである構成とする。従って、本発明に係る近視野光デバイスは、遮光膜の膜厚が小さいため、光源から近視野光照射口までの距離を短くすることができ、近視野光照射口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。さらに、前記遮光膜が薄いため、本発明に係る近視野光デバイスの重量が小さくなり、高速高精度のトラッキングが可能になる。
【００１４】
また、前記逆錘状の窪みを複数の異なる錘形状の一部分を組み合わせた構成とする。したがって、本発明に係る近視野光デバイスは、近視野光照射口に到達するまでの入射光の強度を大きく保つことができ、結果として、近視野光照射口から照射する近視野光の強度を大きくすることが可能である。
また、前記逆錘状の窪みが、少なくとも直円錐または、直多角錘の一部を含む形状である構成とする。したがって、本発明に係る近視野光デバイスは、直円錐または、直多角錘の位置を制御することによって、安定した近視野光照射口の大きさを得ることができる。
【００１５】
また、前記逆錘状の窪みが、少なくとも直錘ではない円錐、または、多角錘を構成する側面のうち少なくとも一つの面が二等辺三角形ではない多角錘の一部分を含む形状である構成とする。したがって、本発明に係る近視野光デバイスは、近視野光照射口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。
また、前記近視野光デバイスが、記録媒体との相対運動によって浮力を得る浮上スライダー構造を有する構成とする。また、前記浮上スライダー構造が、前記遮光膜に形成されている構成とする。あるいは、前記浮上スライダー構造が、前記支持体に形成されている構成とする。従って、本発明に係る近視野光デバイスは、記録媒体上を一定の距離で浮上することができる。
【００１６】
また、片持ち梁と、前記片持ち梁の前記支持体とは反対の面に形成された探針を有し、前記探針の先端に前記近視野光照射口が形成されている構成とする。また、前記片持ち梁が、前記遮光膜と同一材料で形成されている構成とする。あるいは、前記片持ち梁が、前記支持体と同一材料で形成されている構成とする。従って、本発明に係る近視野光デバイスは、走査型近視野顕微鏡のプローブとして用いることができる。
【００１７】
また、前記近視野光デバイスの製造方法が、前記遮光膜を形成する工程と、前記近視野光照射口を形成する工程を含み、前記近視野光照射口を形成する工程が、少なくとも１つ以上の錘状の圧子によって前記遮光膜に圧痕を形成する工程を含む製造方法とする。また、前記遮光膜を形成する工程において、前記遮光膜にかかる応力を調整するための応力調整層を有する基板を使用する製造方法とする。したがって、本発明に係る近視野光デバイスの製造方法によれば、近視野光照射口の大きさや形状が一定な近視野光デバイスを大量に得ることができる。また、前記圧子の形状を変更することによって、前記近視野光照射口を形成する窪みの形状を自由に設定することができる。また、前記圧子を押し込んだ際、前記遮光膜にかかる応力が応力調整層によって制御されるため、前記近視野光照射口を安定して製造することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の近視野光デバイスとその製造方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
近視野光デバイスとして、光メモリ用の近視野光ヘッドについて示す。図１は、本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッド１０００の概略図である。近視野光ヘッド１０００は、近視野光照射口１と近視野光照射口１が形成された遮光膜２と支持体３からなる。近視野光照射口１は、遮光膜２に設けられた逆錘状の窪み１１によって、遮光膜２の底面に形成されている。この近視野光ヘッド１０００は、磁気ディスクの浮上ヘッドに用いられる浮上スライダー面４を有しており、記録媒体と１０〜１００ｎｍの間隔を有して浮上する。
【００１９】
図２および図３は、近視野光照射口１の拡大断面図である。図２に示すように、近視野光照射口１が、径ｄ１で定義される物理的開口１ａの場合、近視野光照射口１に光を入射することによって、物理的開口１ａから近視野光が照射される。また、図３に示すように、近視野光照射口１が径ｄ２を有する光学的開口１ｂでも良い。距離ｓｄが、入射光の遮光膜に対する侵入長程度に短い場合、物理的に開口が形成されていない場合でも、径ｄ２程度のスポット径の近視野光が発生し、光学的開口１ｂと考えることができる。光学的開口１ｂは、物理的な開口を有していないため、浮上スライダー面４の空力設計が簡素化できるとともに、浮上スライダー面４上にダイヤモンドライクカーボンをはじめとする近視野光照射口１の保護膜を形成することによって、近視野光ヘッド１０００および近視野光照射口１の耐摩耗性を向上できる利点を有している。
【００２０】
なお、浮上スライダー面４は、遮光膜２そのものに形成されていても良い。また、支持体３に浮上スライダー面４が形成されていても同様な効果が得られる。物理的開口１ａの大きさｄ１および光学的開口１ｂの大きさｄ２はいずれも１０〜２００ｎｍである。また、遮光膜２の厚さは１０〜５０００ｎｍである。また、支持体３の厚さは２００ｎｍ〜２ｍｍである。また、侵入長程度の距離ｓｄは、近視野光照射口１に導入する光の波長と遮光膜２の材質によって異なるが、おおよそ１〜３００ｎｍである。
【００２１】
遮光膜２の材質は、アルミニウムや金などの金属や、窒化シリコンやアルミナなどの誘電体である。また、支持体３の材質は、金やニッケルなどの金属や、ガラスやシリコンなどの誘電体である。
図７は、光記録再生装置１００００の簡単な装置構成を示した図である。
以上に説明した近視野光ヘッド１０００を記録媒体５０４上に配置し、微小開口から出射される近視野光によって情報の記録及び再生を行う。
【００２２】
記録媒体用駆動モータ５０５によって記録媒体５０４は回転する。近視野光ヘッド１０００は、回転している記録媒体５０４と浮上スライダー面４による流体ベアリングの作用によって、記録媒体から１０〜１００ｎｍ離れた位置で浮上する。したがって、近視野光照射口１の位置も、記録媒体５０４から１０〜１００ｎｍ離れた位置にある。光導波路５０３は、遮光膜やサスペンション５０１に固定される。このとき、光導波路５０３は、近視野光照射口１から発生する近視野光の強度が大きくなるように位置が合わせられる。半導体レーザ５０２から出射された光は、光導波路５０３によって近視野光ヘッド１０００に導入される。近視野光ヘッド１０００に導入された光は、近視野光照射口１から近視野光となって記録媒体５０４に向けて照射される。
【００２３】
記録媒体５０４は、たとえば、熱を加えることによってアモルファス状態あるいは結晶状態になり、その反射率や透過率の違いを利用して情報の記録再生を行う相変化記録媒体である。この場合、たとえば、情報記録は、微小開口から発生した近視野光を記録媒体に照射することによって、記録媒体上の近視野光が照射された領域を結晶状態からアモルファス状態に変化させることによって行われる。近視野光照射口１と記録媒体５０４の距離が、１０〜１００ｎｍであるので、近視野光照射口１６から記録媒体５０４に照射される近視野光の大きさは微小開口と同等の大きさとなり、たとえば１００ｎｍの径を有している。記録媒体５０４の微小領域のみを近視野光で加熱することが可能であるので、図１に示す近視野光ヘッド１０００によって高密度記録が可能である。
【００２４】
一方、情報再生は、たとえば、以下に説明するように行う。まず、近視野光ヘッド１０００の制御回路５０６は、所望の情報記録位置上に微小開口が移動するように、サーボ駆動回路５０８に信号を送る。サーボ駆動回路５０８から信号を受けたサーボモータ５０９は、サスペンション５０１を介して近視野光ヘッド１０００全体を移動させ、微小開口を情報記録位置に移動させる。次に、微小開口から近視野光を記録マーク上に照射し、記録媒体５０４を透過した伝搬光を集光レンズ系５１０で受光素子５０７上に集め、電気信号を得る。得られた電気信号は、制御回路５０６に送られ、たとえば、信号強度を比較して微小開口と記録マークとの位置ずれを検知する。微小開口と記録マークの位置がずれている場合、位置ずれを修正するように制御回路５０６からサーボ回路５０８に信号が送られ、サーボ回路５０８がサーボモータ５０９を駆動する。また、記録媒体５０４を透過した伝搬光は、たとえば、記録媒体のアモルファス状態と結晶状態の透過率の違いを含んで受光素子上に集光される。この透過率の情報が、情報信号として検知される。得られた情報信号は、図には記述していない信号処理回路を経て再生信号に変換される。記録媒体５０４の微小領域の透過率を近視野光によって検出できるため、高密度の再生が可能である。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態１によれば、サスペンション５０１によって支持された近視野光ヘッド１０００が、最適設計された浮上スライダー面４によって、記録媒体５０４の近傍で浮上しており、近視野光照射口１からスポット径の小さな近視野光を記録媒体に照射することができるため、高密度記録再生が可能な近視野光ヘッド１０００を提供できる。
【００２６】
上述したように、本発明の実施の形態１によれば、非常に薄い遮光膜２に近視野光照射口１が形成されるため、光導波路５０３の出射端から近視野光照射口１までの距離が小さくなる。したがって、近視野光照射口１における光のスポット径を小さくすることができるため、近視野光出射口１から照射される近視野光の強度が大きくなる。そのため、再生信号の信号強度が大きくなるためＳ／Ｎ比が大きくなり、データ転送速度が大きくなる。また、大きなエネルギー密度をもつ近視野光によって、情報記録が可能になる。また、近視野光ヘッド１０００は、全体の構成を薄片化することができるため、近視野光ヘッドが軽量となり高速高精度の位置決めが可能となる。
【００２７】
次に、図４から図６を用いて近視野光ヘッド１０００の製造方法について説明する。
図４（ａ）は、基板１０３上に、応力調整層１０２および遮光膜１０１を堆積した工程を説明した図であり、応力調整層１０２および遮光膜１０１が堆積された状態を表している。基板１０３上に応力調整層１０２をスピンコートやスパッタなどの方法によって堆積し、その上に遮光膜１０１をスパッタやＣＶＤなどで堆積する。
【００２８】
基板１０３の厚さは２００〜１０００μｍである。応力調整層１０２の厚さは例えば１０〜５０００ｎｍである。遮光膜１０１の厚さは１０〜５０００ｎｍである。
基板１０３の材質はシリコンや石英などの誘電体や、アルミニウムやステンレスなどの金属である。また、応力調整層１０２の材質は、ポリイミドやテフロンなどの誘電体や、アルミニウムや金などの金属である。また、遮光膜１０１の材質は、アルミニウムや金などの金属や、窒化シリコンやアルミナなどの誘電体である。
【００２９】
図４（ｂ）および図５（ａ）は、遮光膜１０１に圧子１０４の圧痕を形成する工程を示しており、図４（ｂ）は、圧子１０４を遮光膜１０１に押し込んだ状態を示しており、図５（ａ）は、圧子１０４を遮光膜１０１から離した状態を示している。遮光膜１０１を堆積した後、圧子１０４を遮光膜１０１に押し込み、遮光膜１０１を塑性変形させて圧痕を形成したのち、圧子１０４を遮光膜１０１から引き離す。圧痕は、圧子１０４の形状を転写した形状となる。圧子１０４の形状は、円錐または角錘である。圧子１０４の材質は、ダイヤモンドや炭化珪素などの硬質材料である。この時、圧子１０４は、ナノインデンテーション法を用いて遮光膜１０１に押し込む。圧子１０４の押し込み量は、遮光膜１０１の膜厚程度である。ナノインデンテーション法では、圧子１０４を圧電素子またはボイスコイルモータなどの微小変位機構を用いて押し込む。また、静電容量変位計やレーザ干渉計などを用いて押し込み量を計測する。従って、ナノインデンテーション法は、圧子１０４の押し込み量をナノメートルオーダ以下の分解能で制御することができる。押し込み量をナノメートルオーダ以下の分解能で制御することによって、物理的開口１ａや光学的開口１ｂの大きさｄ１及びｄ２を精度良く制御することが可能である。
【００３０】
また、応力調整層１０２の材質や厚さなどを変えることによって遮光膜１０１と応力調整層１０２との界面に働く力を制御することができるため、圧子１０４を押し込んだ後の遮光膜１０１のバリや亀裂の発生を防ぐことが可能である。また、圧子１０４の形状を変更する事によって、近視野光照射口１の形状、先端角などを容易に変更する事ができる。たとえば、先端角を大きくすることによって近視野光照射口１から出射する近視野光の強度を大きくすることができる。
【００３１】
図５（ｂ）は、圧痕を保護する工程を説明する図であり、圧痕上に保護膜が形成されている状態を示している。圧痕を形成した後、圧痕上に保護膜１０５をフォトリソグラフィーによって形成する。保護膜１０５は、フォトレジストやポリイミドなどの誘電体である。
図５（ｃ）は、支持体３を形成する工程を説明する図であり、支持体材料１０６が形成されている状態を示している。保護膜１０５を形成した後、メッキ法によって、遮光膜１０１上に支持体３となる支持体材料１０６を形成する。支持体材料１０６は、金やニッケルなどの金属である。また、支持体材料１０６がガラスやシリコンなどの誘電体の場合、図５（ａ）で説明した工程の後、陽極接合をはじめとする接合や接着によって支持体材料１０６を遮光膜１０１上に形成しても良い。この場合、図５（ｂ）および図５（ｃ）で説明した工程は省略することができる。
【００３２】
図６（ａ）は、保護膜１０５を除去する工程を説明する図であり、保護膜１０５が除去された状態を示している。支持体材料１０６を形成したのち、保護膜１０５を濃硝酸によるエッチングや酸素プラズマによるドライエッチングによって除去する。
図６（ｂ）は、基板１０３および応力調整層１０２を除去する工程を説明する図であり、基板１０３および応力調整層１０２が除去された状態を示している。近視野光ヘッド１０００を得るため、応力調整層１０２を犠牲層とする犠牲層エッチングによって基板１０３および応力調整層１０２を除去する。また、圧痕が形成された面と反対側からのエッチングによって基板１０３、応力調整層１０２の順に除去しても良い。
【００３３】
また、上記で説明した工程において、応力調整層１０２を省略し、基板１０３に応力調整層の機能を持たせることによっても、同様な近視野光ヘッド１０００が得られるのは言うまでもない。
上述した方法によれば、本発明の実施の形態１の近視野光ヘッド１０００が容易にかつ、大量に作製できる。また、圧子１０４によって遮光膜１０１に圧痕をつける工程によって、近視野光照射口１を精度良く大量に形成することができる。さらに、圧子１０４の形状を変えるだけで様々な形状の近視野光照射口１を形成することが可能である。たとえば、近視野光照射口１の先端角を大きくすることによって、近視野光照射口１から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、図１３に示すように、窪み１１を形成する円錐または多角錘の断面形状を非対称にすることによっても近視野光照射口１から照射される近視野光の強度を大きくすることが可能である。
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る近視野光ヘッド２０００の概略図である。近視野光ヘッド２０００は、実施の形態１と同様な近視野光照射口１と遮光膜２および支持体５と、支持体５と一体となっている光伝搬体６およびミラー７からなる。図には記載していない光源から光伝搬体６に導入された光は、光伝搬体６中を伝搬し、支持体５に形成されたミラー７によって近視野光照射口１に向かって照射され、近視野光照射口１から近視野光が発生する。支持体５の材質は、シリコンやガラスなどの誘電体やアルミニウムやステンレス鋼などの金属である。光伝搬体６は、光ファイバーや薄膜導波路であり、その材質は、ガラスや二酸化珪素やポリイミドなどの誘電体である。ミラー７は、支持体５に形成された斜面を利用したものであり、材質は支持体５と同一または支持体５の斜面に形成されたアルミニウムや金などの金属である。
【００３４】
近視野光ヘッド２０００の製造方法は、以下の通りである。近視野光照射口１および遮光膜２の形成方法は、実施の形態１で説明した近視野光ヘッド１０００の製造方法の図５（ａ）までで説明した工程と同じである。次に、光伝搬体６を形成または固定した支持体５を遮光膜２上に接着または接合する。光伝搬体６を形成または固定した支持体５の形成方法は、まず、シリコン基板の異方性エッチングによって段差を形成する。次に、段差を形成したシリコン基板上にアルミニウムや金などの金属を堆積し、ミラー７を形成する。次に、ミラー７を形成した基板に光伝搬体６となる膜を形成した後にパターニングを行い光伝搬体６を形成する。また、光伝搬体６が光ファイバーの場合、光伝搬体６は、エポキシ系樹脂をはじめとする接着剤によって固定する。最後に、実施の形態１の図６（ａ）から（ｂ）で説明した工程と同じ工程によって基板１０３および応力調整層１０２を遮光膜１０１から分離することで近視野光ヘッド２０００を得ることができる。
【００３５】
本発明の実施の形態２に係る近視野光ヘッド２０００は、図７で説明した構成とほぼ同じ構成で使用することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態２に係る近視野光ヘッド２０００によれば、実施の形態１に記載の効果に加えて、近視野光照射口１までの光伝送系を平面内に構成することができるため、本発明の実施の形態１で説明した近視野光ヘッド１０００よりも光記録・再生装置の構成を小型化することが容易である。
（実施の形態３）
近視野光デバイスとして、ＳＮＯＭ用のプローブについて示す。図９は、本発明の実施の形態３に係る走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の概略図である。走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００は、支持体８上に形成された遮光膜２からなるカンチレバー９と、カンチレバー９の先端に形成されたチップ１０と、チップ内部に形成され、異なる錘形状の少なくとも一部分を複数組み合わせて構成される窪み１１と、チップ１０の先端に形成された近視野光照射口１からなる。
【００３６】
カンチレバー９の長さと幅と厚さは、それぞれ、たとえば１００μｍ、５０μｍ、１００〜５０００ｎｍである。チップ１０の高さは、たとえば１０μｍである。また、チップ１０は、円錐状または角錐状であり、その先端の曲率半径はたとえば、数１０ｎｍであり、近視野光照射口１の径は、たとえば１００ｎｍである。支持体８は、たとえばシリコンや水晶などである。遮光膜２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。窪み１１の形状は、円錐状または角錐状であり、窪み１１の先端角は、１０〜１５０度である。
【００３７】
図１０は、本発明の実施の形態３に関わる走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００を搭載した走査型プローブ顕微鏡２００００を示す構成図である。ここでは簡単のため、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００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２００００は、図９に示した走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００と、光情報測定用の光源６０１と、光源６０１の前面に配置したレンズ６０２と、レンズ６０２で集光した光を走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００まで伝搬する光ファイバ６０３と、試料６１０の下方に配置されチップ１０の先端で発生した伝搬光を反射するプリズム６１１と、プリズム６１１で反射した伝搬光を集光するレンズ６１４と、集光した伝搬光を受光する光検出部６０９と、を備えている。
【００３８】
また、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の上方には、レーザ光を出力するレーザ発振器６０４と、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のカンチレバー９で反射したレーザ光を反射するミラー６０５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６０６と、を備えている。さらに、試料６１０およびプリズム６１１をＸＹＺ方向に移動制御する粗動機構６１３および微動機構６１２と、これら粗動機構６１３および微動機構６１２を駆動するサーボ機構６０７と、装置全体の制御をするコンピュータ６０８とを備えている。
【００３９】
つぎに、この走査型プローブ顕微鏡２００００の動作について説明する。レーザ発振器６０４から放出したレーザ光は、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のカンチレバー９上で反射する。走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のカンチレバー９は近視野光照射口１と試料６１０の表面が接近すると、試料６１０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６０６で検出する。
【００４０】
光電変換部６０６により検出した信号は、サーボ機構６０７に送られる。サーボ機構６０７は、光電変換部６０６で検出した信号に基づいて、試料６１０に対する走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のアプローチや、表面の観察の際に、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のたわみが一定となるように、粗動機構６１３および微動機構６１２を制御する。コンピュータ６０８は、サーボ機構６０７の制御信号から表面形状の情報を受け取る。
【００４１】
また、光源６０１から放出された光は、レンズ６０２により集光され、光ファイバ６０３に至る。光ファイバ６０３内を伝搬した光は、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の窪み１１に入射光が導入され、近視野光照射口１から試料６１０に照射される。一方、プリズム６１１により反射した試料６１０の光学的情報は、レンズ６１４により集光され、光検出部６０９に導入される。光検出部６０９の信号は、コンピュータ６０８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６０８により光学的情報として検出される。
【００４２】
また、走査型プローブ顕微鏡２００００は、試料とチップ１０との距離制御方法として、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００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６０７によって粗動機構６１３および微動機構６１２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。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態３による走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００によれば、遮光膜２の厚さを非常に小さくすることができるため、共振周波数が高く、バネ定数の小さな走査型近視野顕微鏡用プローブを提供することができる。したがって、走査型近視野顕微鏡の観察・計測時の走査速度を大きくすることができ、また、試料やプローブ自身の損傷を防ぐことが可能である。また、窪み１１のテーパを多段にすることによって、近視野光照射口１から発生する近視野光の強度を大きくすることが可能である。また、近視野光照射口１が光学的開口１ｂの場合、物理的開口１ａに比べ、チップ１０の先端半径を小さく形成できるため、凹凸像の平面分解能を向上させることが可能である。
【００４４】
次に、図１１から図１２を用いて走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の製造方法について説明する。
図１１（ａ）は、モールド３０２上に遮光膜３０１を堆積する工程を説明した図であり、モールド３０２上に遮光膜３０１が堆積された状態を示している。モールド３０２となる基板にエッチングなどで逆錘状の凹みを形成し、モールド３０２を形成する。その後、スパッタや真空蒸着などの方法によって、モールド３０２上に遮光膜３０１を堆積する。遮光膜３０１の窪みは、ほぼモールド３０２の窪みと同じテーパー角を有する。モールド３０２は、例えば、シリコンや石英などの誘電体やアルミニウムをはじめとする金属である。遮光膜３０２は、例えば、アルミニウムや金などの金属や窒化珪素や炭化珪素などの誘電体である。
【００４５】
図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、遮光膜３０１に近視野光照射口１を形成する工程を説明した図であり、図１１（ｂ）は、遮光膜３０１に圧子３０３を押し込んだ状態を示しており、図１１（ｃ）は、遮光膜３０１から圧子３０３を取り除いた状態を示している。遮光膜３０１を堆積した後、圧子３０３の先端とモールド３０２に形成された逆錘状の窪みの先端の位置をあわせ、圧子３０３を遮光膜３０１に押し込む。これによって、遮光膜３０１に近視野光照射口１が形成される。圧子３０３の形状は、実施の形態１において説明した圧子１０４とほぼ同じである。圧子３０３の先端角は、モールド３０２に形成された逆錘状の窪みの先端角よりも小さい。したがって、遮光膜３０１の窪みは複数の錘形状からなる。圧子３０３の先端角を多数用意し、遮光膜３０１の同一部分に押し込むことによって、遮光膜３０１内部の窪みは、複数のテーパー角を持つことも可能である。
【００４６】
図１２（ａ）は、支持体３０４を形成する工程を説明した図であり、支持体３０４が形成された状態を示している。近視野光照射口１を形成した後、遮光膜３０１上に支持体３０４を接合や接着によって形成する。
図１２（ｂ）は、モールド３０２を除去する工程を説明した図であり、モールド３０２が除去された状態を示している。支持体３０４を形成した後、モールドをエッチングによって除去する。また、図では示していないが、近視野光照射口１を形成するために、実施の形態１と同様に、モールド３０２と遮光膜３０１の間に応力調整層を設けても良い。この場合、図１２（ｂ）で説明した工程において、応力調整層の犠牲層エッチングによってもモールド３０２が除去できる。
【００４７】
以上説明したように、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００は、容易に作製する事ができる。また、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の近視野光照射口１が光学的開口１ｂの場合、物理的開口１ａに比べ、チップ１０の先端角を小さくすることができる。従って、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の光学像や凹凸像の分解能を高くすることができる。
【００４８】
また、図９に示す走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のカンチレバー９の上に支持体８と同一材料で構成されるカンチレバーによって、遮光膜２を補強する構成にしても上記で説明した効果が得られる。
また、上記では走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００から近視野光を照射するイルミネーションモードで説明したが、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００は、試料の光情報を近視野光照射口１によって検出するコレクションモードや、試料への近視野光照射と光情報の検知を同時に行うイルミネーション・コレクションモードでも使用することが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、逆錘状の窪みに光を導入することによって、近視野光照射口から近視野光を照射することができ、また、前記逆錘状の窪みが前記遮光膜を貫通せず、前記逆錘状の窪みの先端近傍における光透過部分である構成の場合、近視野光を対象物に照射するために物理的な穴を形成する必要がないため、近視野光照射口の耐摩耗性や耐衝撃性などの物理的強度を大きくすることができる。したがって、光記録・再生装置の信頼性や寿命が向上する。また、遮光膜の膜厚が小さいため、光源から近視野光照射口までの距離を短くすることができ、近視野光の発生効率が向上し、近視野光照射口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。したがって、信号のＳ／Ｎ比が向上し信号転送速度が大きくなる。また、近視野光の発生効率の向上によって、光記録に必要な光源の強度を小さくすることが可能であり、光記録・再生装置の消費電力を低く押さえることができる。さらに、前記遮光膜が薄いため、本発明に係る近視野光デバイスの重量が小さくなり、高速高精度のトラッキングが可能になる。
【００５０】
また、逆錘状の窪みを複数の異なる錘形状の一部分を組み合わせた構成とすることによって、本発明に係る近視野光デバイスは、近視野光照射口に到達するまでの入射光の強度を大きく保つことができ、結果として、近視野光照射口から照射する近視野光の強度を大きくすることが可能である。また、前記逆錘状の窪みが、少なくとも直錘ではない円錐、または、多角錘を構成する側面のうち少なくとも一つの面が二等辺三角形ではない多角錘の一部分を含む形状である構成とすることによっても、近視野光照射口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、前記近視野光デバイスが、記録媒体との相対運動によって浮力を得る浮上スライダー構造を有する構成とすることによって、本発明に係る近視野光デバイスは、記録媒体上を一定の距離で浮上することができる。従って、近視野光照射口と記録媒体とを近接させることによって分解能の向上が容易となる。
【００５１】
本発明の実施の形態２によれば、本発明の実施の形態１よりも光記録・再生装置の構成を小型化することが容易である。
また、本発明の実施の形態３によれば、遮光膜の厚さを非常に小さくすることができるため、共振周波数が高く、バネ定数の小さな走査型近視野顕微鏡用プローブを提供することができる。したがって、走査型近視野顕微鏡の観察・計測時の走査速度を大きくすることができ、また、試料やプローブ自身の損傷を防ぐことが可能である。また、本発明の実施の形態１と同様に逆錘状の窪みを複数の異なる錘形状の一部分を組み合わせることによって、近視野光の発生効率を向上させることができ、観察・計測時の光信号のＳ／Ｎ比を向上させることができるため走査速度を大きくすることが可能となる。また、近視野光の発生効率の向上によって、光の高密度エネルギを利用した加工や分析などが容易になる。
【００５２】
また、本発明の近視野光デバイスの作製方法によれば、近視野光デバイスを容易に作成することが可能である。また、大量生産が容易であるため、近視野光デバイスを低コストで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドを示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１による物理的開口を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による光学的開口を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドの製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドの製造方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドを用いた光記録再生装置の簡単な装置構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２による近視野光ヘッドを示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る走査型近視野顕微鏡用プローブを示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る走査型近視野顕微鏡用プローブを搭載した走査型プローブ顕微鏡を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による走査型近視野顕微鏡用プローブの製造方法を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による走査型近視野顕微鏡用プローブの製造方法を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドの窪みを示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 近視野光照射口
２ 遮光膜
３，５，８ 支持体
４ 浮上スライダー面
６ 光伝搬体
７ ミラー
９ カンチレバー
１０ チップ
１１ 窪み
１０１ 遮光膜
１０２ 応力調整層
１０３ 基板
１０４ 圧子
１０５ 保護膜
１０６ 支持体材料
３０１ 遮光膜
３０２ モールド
３０３ 圧子
３０４ 支持体
１０００，２０００ 近視野光ヘッド
３０００ 走査型近視野顕微鏡用プローブ
１００００ 光記録再生装置
２００００ 走査型プローブ顕微鏡

Claims (14)

1. 近視野光を照射および／あるいは検出を行う近視野光デバイスにおいて、
   遮光膜と、
   前記遮光膜に形成された逆錘状の窪みと、
   前記逆錘状の窪みの先端にあり、大きさが光の波長以下である近視野光照射口と、
   前記遮光膜を支持する支持体とからなり、
   前記逆錘状の窪みの頂点を通り前記遮光膜に垂直な軸を通る面で切断した前記逆錘状の窪みの断面形状は、前記軸に対して非対称であることを特徴とする近視野光デバイス。
2. 前記逆錘状の窪みが、少なくとも直錘ではない円錐、または、多角錘を構成する側面のうち少なくとも一つの面が二等辺三角形ではない多角錘の一部分を含む形状であることを特徴とする請求項１に記載の近視野光デバイス。
3. 前記近視野光照射口が、前記逆錘状の窪みが前記遮光膜を貫通してできた開口であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の近視野光デバイス。
4. 前記逆錘状の窪みの頂点が前記遮光膜内に形成され、
   前記近視野光照射口が、前記逆錘状の窪みの頂点部における光透過部分であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の近視野光デバイス。
5. 前記遮光膜の膜厚が１０〜５０００ｎｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の近視野光デバイス。
6. 前記逆錘状の窪みが異なる錘形状の一部分を複数組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の近視野光デバイス。
7. 前記近視野光デバイスが、記録媒体との相対運動によって浮力を得る浮上スライダー構造を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の近視野光デバイス。
8. 前記浮上スライダー構造が、前記遮光膜に形成されていることを特徴とする請求項７記載の近視野光デバイス。
9. 前記浮上スライダー構造が、前記支持体に形成されていることを特徴とする請求項７記載の近視野光デバイス。
10. 前記支持体に支持された片持ち梁と、
    前記片持ち梁の前記支持体とは反対の面に形成された探針を有し、
    前記探針の先端に前記近視野光照射口が形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の近視野光デバイス。
11. 前記片持ち梁が、前記遮光膜と同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１０記載の近視野光デバイス。
12. 前記片持ち梁が、前記支持体と同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１０記載の近視野光デバイス。
13. 遮光膜を形成する工程と、
    前記遮光膜に、先端に近視野光照射口を有する逆錘状の窪みを形成する工程を含み、
    前記逆錘状の窪みを形成する工程が、少なくとも１つ以上の錘状の圧子によって前記遮光膜に圧痕を形成する工程を含むことを特徴とする近視野光デバイスの製造方法。
14. 前記遮光膜を形成する工程が、前記遮光膜にかかる応力を調整するための応力調整層を有する基板を使用することを特徴とする請求項１３記載の視野光デバイスの製造方法。

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