JP4949293B2 - ティップ型プローブ製造方法、ティップ型プローブ及びティップ型プローブ製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、ティップ型プローブ製造方法、ティップ型プローブ及びティップ型プローブ製造装置に関する。

ティップ型プローブは、その側面上に機能性を有する様々な種類の金属膜を形成することで、多様なデバイスの素子として応用が広まっている。

例えば、ティップ型プローブは、その頂面に所定波長の光に対する遮光機能を有する金属膜を形成し、その頂面に近接場光を発生させる素子として使われている。また、その側面に磁性材料、あるいは、遮光機能を有する金属膜と磁性材料の両方を形成することで、磁気記録、あるいは、近接場光アシスト磁気記録用の素子として用いることができる。

近接場光発生素子は、高密度な情報記録再生を行う光記録装置における光ヘッドや、高解像度での観察を行う近接場光顕微鏡における光プローブなどに用いられている。近接場光技術は、光の回折限界を超える微小領域の光学情報を扱うことが出来るため、従来の光技術では到達し得ない、高い記録密度や分解能が得られると期待されている。

近接場光発生素子は、微小かつ強力な近接場光のスポットを得ることが主たる課題である。その課題に対して、既にいくつかの形状が提案されている。特許文献１では、近接場光発生素子の先端に設けた光学的開口の輪郭形状を三角形として、入射光の偏光方向と三角形の一辺が直交する構造にすることで、その一辺に局在化した強い近接場光を発生させている（三角開口方式）。特許文献２と３および非特許文献１では、四角錐の４つの側面のうち対向する２面に金属膜を形成し、その２面が四角錐頂点付近で光の波長以下のギャップを有し、２面の金属膜はそれぞれギャップ部に曲率半径が数十ｎｍ以下の頂点を有しており、ギャップ部に局在化した強い近接場光を発生させている（ボウタイアンテナ方式）。

また、情報記録装置の記録再生プローブとして、近年、ティップ型プローブの研究が行われて来ている。コンピュータ機器におけるハードディスク等の容量増加に伴い、単一記録面内における情報の記録密度が増加している。例えば、磁気ディスクの単位面積当たりの記録容量を多くするためには、面記録密度を高くする必要がある。ところが、記録密度が高くなるにつれて、記録媒体上で１ビット当たりの占める記録面積が小さくなっている。このビットサイズが小さくなると、１ビットの情報が持つエネルギーが、室温の熱エネルギーに近くなり、記録した情報が熱揺らぎ等のために反転したり、消えてしまったりする等の熱減磁の問題が生じてしまう。

一般的に用いられてきた面内記録方式では、磁化の方向が記録媒体の面内方向に向くように磁気を記録する方式であるが、この方式では上述した熱減磁による記録情報の消失等が起こり易い。そこで、このような不具合を解消するために、記録媒体に対して垂直な方向に磁化信号を記録する垂直記録方式に移行しつつある。この方式は、記録媒体に対して、単磁極を近づける原理で磁気情報を記録する方式である。この方式によれば、記録磁界が記録膜に対してほぼ垂直な方向を向く。垂直な磁界で記録された情報は、記録膜面内においてＮ極とＳ極とがループを作り難いため、エネルギー的に安定を保ち易い。そのため、この垂直記録方式は、面内記録方式に対して熱減磁に強くなっている。

しかしながら、近年の記録媒体は、より大量且つ高密度情報の記録再生を行いたい等のニーズを受けて、さらなる高密度化が求められている。そのため、隣り合う磁区同士の影響や、熱揺らぎを最小限に抑えるために、保磁力の強いものが記録媒体として採用され始めている。そのため、上述した垂直記録方式であっても、記録媒体に情報を記録することが困難になっていた。

そこで、この不具合を解消するために、近接場光により磁区を局所的に加熱して一時的に保磁力を低下させ、その間に書き込みを行うハイブリッド磁気記録方式（近接場光アシスト磁気記録方式）が提供されている。このハイブリッド磁気記録方式は、微小領域と、近接場光ヘッドに形成された光の波長以下のサイズに形成された光学的開口との相互作用により発生する近接場光を利用する方式である。

このように、光の回折限界を超えた微小な光学的開口、即ち、近接場光発生素子を有する近接場光ヘッドを利用することで、従来の光学系において限界とされていた光の波長以下となる領域における光学情報を扱うことが可能となる。よって、従来の光情報記録再生装置等を超える記録ビットの高密度化を図ることができる。

上述したハイブリッド磁気記録方式による記録ヘッドとしては、各種のものが提供されているが、その１つとして、光スポットのサイズを縮小して記録密度の増大化を図った磁気記録ヘッドが知られている。例えば、ヘッド底面にボウタイ形状の金属薄膜を形成し、光を記録媒体の上方から垂直に照射することで近接場光を発生させて、磁場を強くかけている領域に近接場光を重ねる構造が提案されている（特許文献４）。この近接場光アシスト磁気記録ヘッドでは、近接場光発生素子はヘッド底面に形成された平面膜のボウタイ形状金属であり、レーザからの光を光ファイバーなどで導入したのちミラーで反射させてボウタイに照射させることで、ボウタイ中央のギャップに近接場光を発生させる。更にこのボウタイが磁気記録素子も兼ねていることで、近接場光によって加熱される媒体表面領域と、磁場によって磁化される領域が一致している。これにより近接場光による微小スポットを限界まで微小化することが可能となり、高密度記録に適しているが、このボウタイ構造をティップ形状にすることにより、より効率良く光を集光させながら、局所的に強い記録用磁場を発生させることができると共に、その製造方法も簡便になる。しかし、前述したティップ構造を実際に製造する技術はまだ実用化されていない。
特開２００１−１１８５４３号公報 特開平１１−２６５５２０号公報 特開２００２−２２１４７８号公報 特開２００２−２９８３０２号公報（第４−６頁、第１図） Technical Digest of 6th international conference on nearfield optics and related techniques, the Netherlands, Aug. 27-31, 2000, p100

上述した従来技術のうち、特許文献１の三角開口方式の近接場光発生素子については既
に製造方法が開示されており、比較的容易に製造することが出来る。しかしながら、非特
許文献１および特許文献２と３のボウタイアンテナ方式の近接場光発生素子については、製造工程の数を少なくすると同時に、金属膜をより高精度にかつその膜厚を容易に制御できる技術が必要であった。また、金属膜頂点やギャップ部の形状に数ｎｍから数十ｎｍ程度の加工を必要とすることから、一般的には電子線描画装置や集束イオンビーム装置などの極めて高度な微細加工技術が必要であった。

また、上記特許文献４に記載されている従来構造の近接場光アシスト磁気記録ヘッドは、近接場光と磁場の両方を発生させるボウタイがヘッド底面に形成された平面膜から成っているため、発生する磁場がボウタイ全体に広がってしまう。長手記録の場合はボウタイ中央のギャップが記録密度を規定するが、垂直記録の場合は主磁極の媒体に対向する部分のサイズが記録密度を規定する。ボウタイを記録媒体側から見た場合に、主磁極がボウタイの片側全体となるため、高記録密度のためにはボウタイ自体を微小化する必要がある。ボウタイのサイズを小さくすると、ボウタイ周辺部が入射光スポットの中に含まれてしまい、近接場光がボウタイ中央部だけでなく周辺部でも発生し、ボウタイ周辺部において誤記録が行われてしまう。また、伝搬される光をボウタイの中央部に集光させ、高効率の近接場光を発生させることができる構造になっていない。

このように、ボウタイのサイズを小さくせずに、効率良く光を集光させながら、局所的に強い記録用磁場を発生させるためには、ボウタイを記録メディアに対し所定の角度を持つような構造、いわゆるティップ型プローブとその製造方法が必要になった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、高度な微細加工技術を必要とせず、小型化を図りながら低コストで容易かつ高精度に、ティップやボウタイ構造を有するティップ型プローブを製造することができるティップ型プローブ製造方法、ティップ型プローブ製造装置、及びそれらにより製造されたティップ型プローブを提供することを目的とする。また、光を高効率で集光させることが可能であるため、近接場光を効率良くかつ安定的に発生させことができると共に、高密度で安定的に情報記録を行うことができる

上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、頂面と側面とからなる錐台の前記側面上に金属膜を有し、前記頂面から近接場を生成するティップ型プローブを製造するティップ型プローブ製造方法であって、前記頂面と相似な形状のエッチングマスクを基板上に形成する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記基板を等方性エッチングすることにより前記錐台を形成する工程と、前記頂面の面積が前記近接場を生成し得る面積に達した場合に、前記等方性エッチングを止める工程と、前記エッチングマスクと前記側面との間に前記金属膜の成膜粒子を回り込ませて前記錐台に付着させることにより前記金属膜を成膜する工程とを備え、前記金属膜を成膜する工程において、前記成膜粒子の前記基板に対する指向性を制御することで、前記金属膜の膜厚が前記錐台の根元から前記頂面に向かうにつれて順次薄くなることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、前記金属膜を成膜する工程において、前記エッチングマスクの前記基板が配置されている側とは逆側から、前記基板に対する垂直方向に沿って前記成膜粒子を前記基板に進行させることにより、前記金属膜の膜厚が前記錐台の根元から前記頂面に向かうにつれて順次薄くなることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、前記錐台を形成する工程において、前記エッチングマスクと前記基板との接触面の輪郭から等方性エッチングが入る工程を含むことを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、前記エッチングマスクと前記基板との接触面の輪郭から前記等方性エッチングが入ることで、前記錐台の前記頂面から前記錐台の根元に向かうにつれて、前記側面の前記頂面に対する角度が順次変化することを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、前記側面の内、少なくとも一部に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の少なくとも一部の上に前記金属膜が成膜されると同時に、前記金属膜の残りの部分が、前記側面の内、前記犠牲層が形成されていない部分の少なくとも一部の上に成膜される工程と、前記犠牲層を除去するとともに、前記犠牲層上に付着した前記金属膜を除去する工程とを含むことを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、磁性材料からなることを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、所定波長の光に対する遮光機能を有する材料からなることを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、所定波長の光が照射されることにより、プラズモンを発生する材料からなることを要旨とする。

本発明の第９の特徴は、前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、磁性材料からなり、残りの側面上において所定波長の光に対する遮光機能を有する材料、あるいは所定波長の光が照射されることによりプラズモンを発生する材料が成膜されることを要旨とする。

本発明の第１０の特徴は、前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、所定波長の光に対する遮光機能を有する材料、あるいは所定波長の光が照射されることによりプラズモンを発生する材料からなり、残りの側面上に成膜される金属膜が、前記遮光機能を有する材料、あるいは前記プラズモンを発生する材料上に磁性材料が成膜されることを要旨とする。

本発明の第１１の特徴は、前記錐台を形成する工程と、前記金属膜を成膜する工程とを使用し、同一の前記基板上に複数個の前記ティップ型プローブを製造することを要旨とする。

本発明の第１２の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第１１の特徴に記載のティップ型プローブ製造方法によって製造されたティップ型プローブであることを要旨とする。

本発明の第１３の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第１１の特徴に記載のティップ型プローブ製造方法を用いるティップ型プローブ製造装置であることを要旨とする。

本発明の第１４の特徴は、頂面と側面とからなる錐台の前記側面上に金属膜を有し、前記頂面から近接場を生成するティップ型プローブを製造するティップ型プローブ製造装置であって、前記頂面と相似な形状のエッチングマスクを基板上に配置するマスク配置部と、前記エッチングマスクを用いて前記基板を等方性エッチングすることにより前記錐台を形成する錐台形成部と、前記頂面の面積が前記近接場を生成し得る面積に達した場合に、前記等方性エッチングを止めるように前記錐台形成部に指示を行う等方性エッチング制御部と、前記エッチングマスクと前記側面との間に前記金属膜の成膜粒子を回り込ませて前記錐台に付着させることにより前記金属膜を成膜する金属膜成膜部とを備え、前記金属膜成膜部において、前記成膜粒子の前記基板に対する指向性を制御することで、前記金属膜の膜厚を前記錐台の根元から前記頂面に向かうにつれて順次薄くすることを要旨とする。

本発明によれば、高度な微細加工技術を必要とせず、小型化を図りながら低コストで容易かつ高精度に製造ができる。また、近接場光や磁界を効率良くかつ安定的に発生させることができると共に、高密度で安定的に情報記録行うことができるため、光学情報の扱いや情報書き込みの信頼性が向上したティップ型プローブを提供することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明に係るティップ型プローブ製造方法の第１実施形態を、図１から図５を参照して説明する。

図１に本発明の実施の形態１におけるティップ型プローブの概略を示す。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は上面図である。光学的に透明な基板１０１上に四角錐台１０２が配置され、四角錐台１０２は側面１０２ａ（図１では金属膜１０３ に隠れて見えない）、１０２ｂ （図１では金属膜１０４に隠れて見えない）、１０２ｃ 、１０２ｄ および頂面１０２ｅ を有する。基板１０１ は石英ガラスなどを用いる。側面１０２ａと側面１０２ｂは互いに対向配置され、また側面１０２ｃと側面１０２ｄも互いに対向配置されている。側面１０２ａ上には金属膜１０３が形成され、側面１０２ｂ上には金属膜１０４ が形成されている。金属膜１０３および１０４は、所定機能を持つ金属膜（磁性材料、所定波長の光に対する遮光機能を有する材料、あるいは、所定波長の光が照射されることにより、プラズモンを発生する材料）であり、いずれも数ｎｍ から数百ｎｍの膜厚を用いる。この金属膜１０３と金属膜１０４がいわゆるボウタイアンテナを形成している。

また、側面１０２ｃと１０２ｄ上にも、前記所定機能を持つ金属膜が形成されても良いし、金属膜１０３および１０４と側面１０２ａと１０２ｂの間に、前記所定機能を持つ金属膜が形成される形状であっても良い。

頂面１０２ｅは長方形であり、側面１０２ａおよび側面１０２ｂに接する辺の長さをｄ１とし、側面１０２ｃおよび側面１０２ｄに接する辺の長さをｇ１とする。側面１０２ａおよび側面１０２ｂ上の金属膜１０３および金属膜１０４は、頂面１０２ｅ近傍において先鋭化された形状を有しており、その鋭さがｄ１で表される。また、金属膜１０３と金属膜１０４は頂面１０２ｅ近傍において隙間を有しており、その大きさがｇ１によって表される。ｄ１、ｇ１のいずれも数ｎｍから数百ｎｍ程度の値を有する。

図２は、本発明の実施の形態１におけるティップ型プローブの四角錐台１０２の製造方法を示す断面図である。図１の側面１０２ａと側面１０２ｂおよび頂面１０２ｅを横切った、ＡＡ´の断面図を図２左に、側面１０２ｃと側面１０２ｄ および頂面１０２ｅ を横切った、ＢＢ´の断面図を図２右に示す。
まず、ステップＳ２０１に示すように、基板１０１の上面にエッチングマスク２０１を形
成する。エッチングマスク２０１はフォトリソグラフィーで加工されたフォトレジスト薄膜である。エッチングマスク２０１は長方形であり、その２辺の長さはｇ２である。残りの２辺の長さはｄ２である。

次にステップＳ２０２に示すように、基板１０１のエッチングをおこなう。エッチングはウエットエッチングでもドライエッチングでも良いが、等方性エッチングである必要がある。例えば、基板１０１ を石英ガラスとすると、フッ化水素酸溶液によるウエットエッチングを用いると良い。基板１０１のエッチングにより、エッチングマスク２０１の下にはティップ型の四角錐台１０２が形成される。

ここで重要なことは、ｄ１とｇ１の比が、エッチングマスク２０１の辺の長さｄ２とｇ２の比と等しいことである。エッチングマスク２０１の縦横比と基板１０１のエッチング量を調整することで、ｄ１とｇ１それぞれの寸法を制御することが出来る。

なお、等方性エッチングを止めるタイミングについては、次の通りである。（１）等方性エッチングを実行している時間が、頂面の寸法に対して決まっているエッチング時間に達することにより、等方性エッチングを止めたり、（２）エッチングマスクを透過した光の量が所定量に達することにより、等方性エッチングを止めたりする等が挙げられる。

図３と図４は、四角錐台１０２の側面１０２ａと１０２ｂ上に金属膜１０３と１０４を形成する方法の端面図を示す。

図３（ａ）は四角錐台１０２の側面１０２ａ上に金属膜１０３を形成する方法を示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＳ３０３においてのＤ３０３方向の側面図である。

また、図４（ａ） は四角錐台１０２の側面１０２ｂ上に金属膜１０４を形成する方法を示す断面図であり、図４（ｂ）は４３（ａ）のＳ４０３においてのＤ４０３方向の側面図である。

まず、エッチングマスク２０１が頂面１０２ｅ上に載っている状態で、ステップＳ３０１のように、側面１０２ｂ上に、側面１０２ｂに対して垂直な方向Ｄ３０１から、スプレーコート法など指向性を有する樹脂膜形成方法を用いて、犠牲層３０１を形成する。このとき犠牲層３０１は、側面１０２ｂだけでなく、側面１０２ｂに隣接する側面１０２ｃおよび側面１０２ｄ上にも形成される。成膜方法の指向性により陰になるから、側面１０２ｂと向かい合わせとなる側面１０２ａ上には、犠牲層３０１は形成されない。犠牲層３０１はフォトレジストなどの樹脂膜からなり、その膜厚は数十ｎｍ から数μｍである。犠牲層３０１は、指向性を有する真空蒸着法などで形成された金属膜でも良い。

次に、ステップＳ３０２に示すように、スパッタリング法などの基板１０１に対する指向性が制御できる成膜方法を用いて、側面１０２ａ上に、金属膜３０２を形成する。このとき、金属膜３０２は側面１０２ａ上だけでなく、側面１０２ｃ 、１０２ｄに載る犠牲層３０１上にも形成される。

次に、ステップＳ３０３に示すように、犠牲層３０１をアセトンなどの有機溶媒を用いてリフトオフする。また、その際に超音波を付加するとより容易に犠牲層３０１を剥離することが出来る。このとき、犠牲層３０１に載る金属膜３０２も剥離され、側面１０２ａ上に金属膜１０３を形成することができる。また、金属の犠牲層３０１を用いる場合は、その金属のエッチャントを用い、リフトオフすることができるため、同様に側面１０２ａ上に金属膜１０３を形成することができる。

次に、図４のステップＳ４０１に示すように、金属膜１０３上に、側面１０２ａに対して垂直な方向Ｄ４０１から、スプレーコート法など指向性を有するフォトレジスト形成方法を用いて、犠牲層４０１を形成する。このとき犠牲層４０１は、金属膜１０３上だけでなく、側面１０２ｃおよび側面１０２ｄ上にも形成される。成膜方法の指向性により陰になるから、側面１０２ａと向かい合わせとなる側面１０２ｂ上には、犠牲層４０１は形成されない。犠牲層４０１はフォトレジストからなり、その膜厚は数十ｎｍ から数μｍである。犠牲層４０１は、指向性を有する真空蒸着法などで形成された金属膜でも良い。

次に、ステップＳ４０２に示すように、側面１０２ｂ上に、スパッタリング法などの基板１０１に対する指向性が制御できる成膜方法を用いて、金属膜４０２を形成する。このとき、金属膜４０２は側面１０２ｂ上だけでなく、側面１０２ｃと側面１０２ｄに載る犠牲層４０１上にも形成される。

次に、ステップＳ４０３に示すように、アセトンなどの有機溶媒を用いて犠牲層４０１ を剥離する。また、その際に超音波を付加するとより容易に犠牲層４０１を剥離することが出来る。このとき、犠牲層４０１に載る金属膜４０２も剥離され、側面１０２ｂ上に金属膜１０４を形成することができる。また、金属の犠牲層４０１を用いる場合は、その金属のエッチャントを用い、リフトオフすることができるため、同様に側面１０２ｂ上に金属膜１０４を形成することができる。

次に、最後の工程として、エッチングマスク２０１を除去する。そうすることで、ステップＳ４０４に示すように、ティップ型の四角錐台１０２の側面１０２ａと１０２ｂ上にボウタイアンテナ形状の金属膜１０３と１０４が形成される。エッチングマスク２０１の除去にはアセトンなどの有機溶媒や発煙硝酸などを用いる。エッチングマスク２０１を除去すると、四角錐台１０２の頂面１０２ｅが露出する。頂面１０２ｅは、上述したように、長方形であり一辺の長さがｄ１ 、直交するもう一辺の長さがｇ１となっている。

ここで、エッチングマスク２０１が頂面１０２ｅ上に載っている状態で、スパッタリング法などの指向性が制御できる成膜方法を用いる場合、図５（ａ）に示すように、金属膜１０３あるいは１０４の膜厚が前記錐台の頂面１０２ｅに向かう方向につれて、順次薄くなるように加工することが可能になる。図３のＳ３０２と図４のＳ４０２で行う金属膜１０３と１０４の成膜工程において、基板１０１に対する、金属膜１０３あるいは１０４の成膜時の粒子の指向性を上げる。つまり、エッチングマスク２０１の基板１０１が配置されている側とは逆側から、基板１０１に対する垂直方向に沿って粒子を基板１０１に進行させて、粒子の直進性を高める。そして、エッチングマスク２０１と側面１０２ａあるいは１０２ｂとの間に進入する成膜粒子の回り込み性が低下することで、金属膜１０３あるいは１０４を順次薄くすることができる。逆に、図５（ｂ）に示すように、基板１０１に対する金属膜１０３と１０４を成膜する粒子の指向性を下げる。つまり粒子の直進性を弱める。そして、エッチングマスク２０１と側面１０２ａあるいは１０２ｂとの間に進入する成膜粒子の回り込み性を向上させると、前記錐台の頂面１０２ｅに向かう方向につれて、略同一な膜厚を有する金属膜１０３あるいは１０４を形成することができる。

ここで、粒子の指向性を向上させる方法については、（１）スパッタリングにより成膜粒子を放出するターゲット（不図示）と基板１０１との距離を短くすること、（２）ターゲット（不図示）に印加されるスパッタ電圧を下げること、（３）スパッタリングに用いられるArなどの希ガスの圧力を下げることなどが挙げられる。（１）〜（３）のうちのいずれかが用いられてもよいし、（１）〜（３）のうちのいずれかの組み合わせが用いられてもよい。

上述した、四角錐台１０２の加工方法の内、エッチングマスク２０１の形状のみを変えることで、三角錐台、多角錐台あるいは円錐台を形成することも可能であり、また金属膜１０３と１０４を加工する方法と類似な方法を用い、三角錐台、多角錐台あるいは円錐台の側面上に金属膜を形成することが可能である。

また、エッチングマスク２０１が頂面１０２ｅ上に載っている状態で、犠牲層３０１と４０１及び、金属膜３０２と４０２を形成し、金属膜１０３と１０４を形成する加工方法を用いた場合、四角錐台１０２を加工した後、そのまま、金属膜１０３と１０４を成膜することが可能になるので、従来のような金属膜１０３と１０４の成膜時の頂面１０２ｅ上に載るエッチングマスクを、再レジストパターングし形成する工程がなくなるなど、加工においての工程数が減少し、加工効率が向上することから、大量生産や量産化に適している。

また、従来のようなエッチングマスク２０１が頂面１０２ｅ上に載っていない場合であると、金属膜３０２と４０２が頂面１０２ｅ上にも成膜され、金属膜３０２と４０２をリフトオフで除去しても、頂面１０２ｅの近傍には、金属膜３０２と４０２が完全にリフトオフされず、残滓が残ってしまう。しかし、エッチングマスク２０１が頂面１０２ｅ上に載っている状態であると、頂面１０２ｅ上には金属膜３０２と４０２が成膜されないため、リフトオフ後にも前記の残滓が頂面１０２ｅ近傍に残らない。そのため、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）や研磨などの方法を用い、前記残滓を除去する必要が無くなるため、加工効率が向上することから、大量生産や量産化に適している。

この加工方法で形成されたティップ型プローブを、近接場光発生素子として用いる場合は、金属膜１０３と１０４を、所定波長の光に対する遮光機能を有する材料、あるいは所定波長の光が照射されることによりプラズモンを発生する材料にすれば良い。また、前記の残滓などの付着が無い、頂面１０２ｅが得られるので、ＳＮ比が向上することで、頂面１０２ｅ上で発生する近接場光の発生効率が向上し、高効率且つ高分解能の近接場光発生素子を製造することが可能である。また、ハイブリッド磁気記録のプローブとして用いる場合は、近接場光の発生効率を向上させることができると共に、磁極になる金属膜１０３と１０４の隙間の距離を正確に制御することができ、記録磁界の発生効率を向上することができる。また、記録メディアと前記プローブとの距離（浮上高さ）を更に短縮あるいは高精度で制御することができ、高密度の磁気記録が可能になる。

また、金属膜１０３あるいは１０４を主磁極として使用する場合は、一回の成膜工程を用いるたけで、前記金属膜の膜厚を前記錐台の頂面１０２ｅに向かう方向につれて、順次薄くすることが可能であるので、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）などの極めて高度な加工方法を使用しなくても、頂面１０２ｅ近傍の金属膜の膜圧を簡便に数ｎｍから数十ｎｍまで薄膜化することが可能であり、大量生産や量産に適している。また、強力且つ微細な記録磁界スポットを頂面１０２ｅの近傍に発生させることができるので、高密度の磁気記録用のプローブとして適している。
（実施の形態２）
次に、本発明に係るティップ型プローブ製造方法の第２実施形態を、図６と図７を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図６は、本発明の実施の形態２におけるティップ型プローブの四角錐台１０２の製造方法を示す断面図である。図１の側面１０２ａと側面１０２ｂおよび頂面１０２ｅを横切った、ＡＡ´の断面図を図６左に、側面１０２ｃと側面１０２ｄ および頂面１０２ｅ を横切った、ＢＢ´の断面図を図６右に示す。

まず、ステップＳ６０１とＳ６０２に示す構造は、図３のＳ２０１とＳ２０２に示す構造の製造方法と同様な方法（フッ化水素酸溶液を用い、等方性エッチングを行う方法）を用い、加工することができる。その後、フッ化水素酸溶液の濃度を変え、更に等方性エッチングを進行することで、Ｓ６０３に示すような、側面１０２ａと１０２ｂから角度が変化した新たな側面１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ、及び１００２ｄを有する四角錐台１０２を加工することができる。それは、前記の濃度の変わったフッ化水素酸溶液がエッチングマスク２０１と基板との接触面（頂面１０２ｅ）の輪郭１０２ｆから浸透することによって、前記側面１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ、及び１００２ｄが形成される。

また、前記フッ化水素酸溶液は、フッ化アンモニウムなどを混合したバッファーフッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いれば良く、前記濃度の変わったフッ化水素酸溶液は、その溶液の中のフッ化アンモニウムの混合率を上げた溶液を用いることで、容易に前記側面１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ、及び１００２ｄを形成することができる。

そうすることで、エッチングマスク２０１の下には、角度が異なる側面を持つティップ型の四角錐台１０２が形成される。

図７は、四角錐台１０２の側面１０２ａ、１００２ａ、１０２ｂ、及び１００２ｂ上に金属膜１０３と１０４を形成する方法の断面図を示す。図７（ａ）は四角錐台１０２の側面１０２ａと１００２ａ上に金属膜１０３が形成された構造を示す断面図である。Ｓ７０１の金属膜１０３は、図３（ａ）のＳ３０１からＳ３０３にて用いた成膜方法と、同様な方法を用いる。金属膜１０３の成膜粒子の指向性を制御することで、側面１０２ａ上だけでなく、エッチングマスク２０１と側面１００２ａの間にも前記成膜粒子が回りこみ、側面１００２ａ上にも金属膜１０３を容易に形成することができる。

また、Ｓ７０２の金属膜１０４においても、前記Ｓ７０１の金属膜１０３の成膜方法と同一方法で形成することができる。その時、エッチングマスク２０１と側面１００２ａあるいは１００２ｂの間には前記成膜粒子の回りこみ性が低下するため、側面１００２ａあるいは１００２ｂ上の金属膜はその膜厚が、側面１０２ａあるいは１０２ｂ上に成膜される金属膜の膜厚に比べ、非常に薄い。

最後に、エッチングマスク２０１を除去することで、図７（ｂ）に示すような、四角錐台１０２の側面１０２ａ、１００２ａ、１０２ｂ、１００２ｂ上にボウタイアンテナ形状の金膜１０３と１０４が形成されたティップ型プローブを加工することができる。

図７（ｂ）にて示す金属膜１０３と１０４は、エッチングマスク２０１が頂面１０２ｅ上に載っている状態で、成膜されるので、その膜厚が錐台１０２の頂面１０２ｅに向かう方向につれて、順次薄くなるが、図５（ａ）に示す金属膜１０３と１０４に比べ、その膜厚の変化率を更に大きくすることができる。例えば、膜厚ｄ１が数μｍ以上であることに対し、膜厚ｄ２は数十ｎｍ以下にすることができる。

そうなることで、図7（ｂ）に示すティップ型プローブは、図５（ａ）と（ｂ）に示すティップ型プローブが有している機能や効果と同一機能や効果をもつと共に、更に強力且つ微細な記録磁界スポットを頂面１０２ｅの近傍に発生させることができるので、高密度の磁気記録用のプローブとして適している。
（実施の形態３）
次に、本発明に係るティップ型プローブ製造方法の第３実施形態を、図８を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１と第２の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図８は、本発明の実施の形態３におけるティップ型プローブの多様な構造の断面図を示す。図８（ａ）と（ｂ）に示す四角錐台１０２と金属膜１０３と１０４は、実施の形態１と２で示す四角錐台１０２と四角錐台１０２の製造方法と同一な方法で製造することができる。具体的には、図８（ａ）と（ｂ）に示す金属膜１０３と１０４は、その膜厚が異なっている。図５（ａ）と図７（ｂ）に示す金属膜１０３あるいは１０４の成膜方法と同様な方法である、基板１０１に対する指向性を上げ、エッチングマスク２０１と側面１０２ａと１００２ａとの間に進入する成膜粒子の回り込み性を低下させる方法を用い、図８（ａ）と（ｂ）に示す金属膜１０３の膜厚を錐台１０２の頂面１０２ｅに向かう方向につれて、順次薄くなるように加工することが可能になる。

その反面、図８（ａ）と（ｂ）に示す金属膜１０４は、基板１０１に対する成膜する粒子の指向性を下げ、エッチングマスク２０１と側面１０２ｂと１００２ｂとの間に進入する成膜粒子の回り込み性を向上させることで、前記錐台の頂面１０２ｅに向かう方向につれて、略同一な膜厚を有するように形成することができる。

図８（ａ）と（ｂ）に示すティップ型プローブを磁気記録やハイブリッド磁気記録のプローブとして用いる場合、磁性膜１０３を主磁極とし、磁性膜１０４を副磁極として用いることで、第１と第２の実施形態に示すティップ型プローブの効果や機能を有すると共に、高密度な垂直磁気記録に応用させることができる。
（実施の形態４）
次に、本発明に係るティップ型プローブ製造方法の第４実施形態を、図９を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１から第３の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図９は、本発明の実施の形態４におけるティップ型プローブの頂面１０２ｅとその近傍の側面を示す上面図である。図９（ａ）と（ｂ）に示す四角錐台１０２と全ての金属膜は、実施の形態１、２及び３に示す四角錐台１０２と金属膜１０３と１０４の製造方法と同一の方法で製造することができる。具体的には、図９（ａ）に示す構造は、図４のＳ４０４と図７（ｂ）に示すプローブ構造に加え、金属膜１０５と１０６を錐台１０２の側面１０２ｃと１０２ｄ上にも形成することができる。前記金属膜１０５と１０６の形成方法は、図４と図７に示す金属膜１０３と１０４の形成方法と同一方法である。例えば、側面１０２ｄと金属膜１０３と１０４上に犠牲層３０１を成膜した後、側面１０２ｃ上を含め、金属膜１０３と１０４上に所定目的の金属膜を成膜する。次に、実施の形態１、２及び３に示す方法と同様な方法でリフトオフを行うことで、側面１０２ｃ上のみに金属膜１０５が残るようにすることができる。また、金属膜１０６の形成方法は、前述した金属膜１０５の形成方法と同一である。

また、図９に示すプローブ構造は、実施の形態１、２及び３に示すプローブ構造と同様な機能や効果を有すると共に、図９（ａ）に示すプローブ構造の特徴は、四角錐台１０２の全ての側面上に金属膜が形成されていて、例えば、金属膜全てを、所定波長の光に対する遮光機能を有する材料、あるいは所定波長の光が照射されることによりプラズモンを発生する材料にすることで、導入された光の更に集光させ高効率の近接場光やプラズモンを発生させることが可能になり、高効率の近接場光発生プローブを実現させることができる。また、金属膜１０３と１０４を磁性材料にし、金属膜１０５と１０６を前記の遮光機能を有する材料、あるいはプラズモンを発生する材料にすることで、高効率のハイブリッド磁気記録のプローブとしての応用が可能になる。

また、図９（ｂ）に示すプローブ構造の特徴は、図９（ａ）に示す構造に加え、金属膜１０３と１０４上に別の材質からなる金属膜１０７と１０８が形成されている。その形成方法は、金属膜１０３と１０４を形成する方法と同様である。例えば、金属膜１０３、１０４、１０５、及び１０６を前記遮光機能を有する材料、あるいは前記プラズモンを発生する材料にすることが可能であるし、金属膜１０３と１０４は前記遮光機能を有する材料にし、金属膜１０５と１０６を前記プラズモンを発生する材料にする組み合わせも可能である。そうすることで、金属膜１０７と１０８を磁性材料にした場合、図９（ａ）に示すプローブ構造より、更に高効率の近接場光発生プローブを実現させることができるため、高効率のハイブリッド磁気記録のプローブとしての応用が可能になる。
（実施の形態５）
次に、本発明に係るティップ型プローブ製造方法の第５実施形態を、図１０を参照して説明する。なお、この第５実施形態においては、第１から第４の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１０は、本発明の実施の形態５におけるティップ型プローブの断面図を示す。図１０に示すティップ型プローブは、同一基板１０１上に複数個の四角錐台１０２と５０２が加工されている構造である。その四角錐台１０２と５０２の加工方法は、図２あるいは図６に示す四角錐台１０２を加工する方法と同様であるが、錐台１０２と５０２を同時に形成することも可能であるし、錐台１０２と５０２をそれぞれ形成することも可能である。

いずれにしても、頂面１０２ｅと５０２ｅ上にエッチングマスクが載っている状態で、実施の形態１から４に示す金属膜の形成方法と同様な方法を用いることで、多様な構造、機能あるいは組み合わせを有する金属膜の形成が可能である。

図１０に示すプローブ構造は、実施の形態１から４に示すプローブ構造と同様な機能や効果を有すると共に、図１０に示すプローブ構造の特徴は、錐台１０２からなるプローブの金属膜１０３と１０４を前記遮光機能を有する材料、あるいは前記プラズモンを発生する材料にし、錐台５０２からなるプローブの金属膜５０３（主磁極）と５０４（副磁極）を磁性材料にすることで、それぞれ近接場光発生素子のプローブとハイブリッド磁気記録のプローブとして使うことができる。

また、錐台１０２からなるプローブの金属膜１０３を磁性材料に、金属膜１０４を前記遮光機能を有する材料、あるいは前記プラズモンを発生する材料にし、錐台５０２からなるプローブの金属膜５０３と５０４を磁性材料にすることで、金属膜１０３を主磁極とし、金属膜５０３と５０４を副磁極としたハイブリッド磁気記録用のプローブとしての応用も可能である。

上述したように、錐台１０２あるいは５０２の側面上に様々な組み合わせで、磁性材料、前記遮光機能を有する材料、あるいは前記プラズモンを発生する材料を形成することで、高効率の近接場光発生プローブ、又はハイブリッド磁気記録用のプローブとしての応用が可能になる。

なお、本発明は、各実施の形態に限定されないのは勿論である。具体的には、本発明は、各実施の形態に記載のティップ型プローブ製造方法を用いるティップ型プローブ製造装置であってもよい。

なお、本発明は、次に述べる構成要素を備えるティップ型プローブ製造装置に適用されてもよい。具体的には、図１１に示すように、ティップ型プローブ製造装置６００は、マスク配置部６０１と、錐台形成部６０２と、等方性エッチング制御部６０３と、金属膜成膜部６０４とを備える。マスク配置部６０１は、頂面１０２ｅと相似な形状のエッチングマスク２０１を基板１０１上に配置する（図２参照）。錐台形成部６０２は、エッチングマスク２０１を用いて基板１０１を等方性エッチングすることにより錐台１０２を形成する（図２参照）。等方性エッチング制御部６０３は、頂面１０２ｅの面積が近接場を生成し得る面積に達した場合に、等方性エッチングを止めるように錐台形成部６０２に指示を行う（図２参照）。金属膜成膜部６０４は、エッチングマスク２０１と側面１０２ｅとの間に成膜粒子を回り込ませて錐台１０２に付着させることにより金属膜を成膜する（図３参照）。また、マスク配置部６０１、錐台形成部６０２、等方性エッチング制御部６０３及び金属膜成膜部６０４は、上述した各実施の形態で説明した工程を実行し得るが、その詳細な内容については既に述べたとおりであるため、省略する。

本発明の実施の形態１におけるティップ型プローブの概略図である。 本発明の実施の形態１におけるティップ型プローブの四角錐台の製造方法の断面図である。 本発明の実施の形態１における四角錐台の側面上に金属膜を形成する方法を示す端面図である。 本発明の実施の形態１における四角錐台の側面上に金属膜を形成する方法を示す端面図である。 本発明の実施の形態１における四角錐台の側面上に形成される金属膜の膜厚が順次薄くなっていることを示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるティップ型プローブの四角錐台１０２の製造方法を示す断面図である。 四角錐台の角度が順次変化する側面上に金属膜を形成する方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態３におけるティップ型プローブの多様な構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態４におけるティップ型プローブの頂面とその近傍の側面を示す上面図である。 本発明の実施の形態５におけるティップ型プローブを示す端面図である。 本発明の実施の形態５におけるティップ型プローブ製造装置の概略図である。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ ５０２ 四角錐台
１０２ａ、１００２ａ、１０２ｂ、１００２ｂ 側面
１０２ｃ、１０２ｄ、５０２ａ、５０２ｂ 側面
１０２ｅ、５０２ｅ 頂面
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８ 金属膜
３０２、 ４０２、３０２ａ、３０２ｅ 金属膜
２０１ エッチングマスク
３０１、４０１ 犠牲層
６００ ティップ型プローブ製造装置
６０１ マスク配置部
６０２ 錐台形成部
６０３ 等方性エッチング制御部
６０４ 金属膜成膜部
ｄ１、ｄ２ 金属膜の膜厚
Ｄ３０１ 側面１０２ｂに対して垂直な方向
Ｄ３０３ 側面１０２ａの観察方向
Ｄ４０１ 側面１０２ａに対して垂直な方向
Ｄ４０３ 側面１０２ａの観察方向

Claims (14)

1. 頂面と側面とからなる錐台の前記側面上に金属膜を有し、前記頂面から近接場を生成するティップ型プローブを製造するティップ型プローブ製造方法であって、
   前記頂面と相似な形状のエッチングマスクを基板上に形成する工程と、
   前記エッチングマスクを用いて前記基板を等方性エッチングすることにより前記錐台を形成する工程と、
   前記頂面の面積が前記近接場を生成し得る面積に達した場合に前記等方性エッチングを止める工程と、
   前記エッチングマスクと前記側面との間に前記金属膜の成膜粒子を回り込ませて前記錐台に付着させることにより前記金属膜を成膜する工程とを備え、
   前記金属膜を成膜する工程において、前記成膜粒子の前記基板に対する指向性を制御することで、前記金属膜の膜厚が前記錐台の根元から前記頂面に向かうにつれて順次薄くなることを特徴とするティップ型プローブ製造方法。
2. 前記金属膜を成膜する工程において、前記エッチングマスクの前記基板が配置されている側とは逆側から、前記基板に対する垂直方向に沿って前記成膜粒子を前記基板に進行させることにより、前記金属膜の膜厚が前記錐台の根元から前記頂面に向かうにつれて順次薄くなることを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
3. 前記錐台を形成する工程において、前記エッチングマスクと前記基板との接触面の輪郭から等方性エッチングが入る工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
4. 前記エッチングマスクと前記基板との接触面の輪郭から前記等方性エッチングが入ることで、前記錐台の前記頂面から前記錐台の根元に向かうにつれて、前記側面の前記頂面に対する角度が順次変化していることを特徴とする請求項３に記載のティップ型プローブ製造方法。
5. 前記側面の内、少なくとも一部に犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層の少なくとも一部の上に前記金属膜が成膜されると同時に、前記金属膜の残りの部分が、前記側面の内、前記犠牲層が形成されていない部分の少なくとも一部の上に成膜される工程と、
   前記犠牲層を除去するとともに、前記犠牲層上に付着した前記金属膜を除去する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
6. 前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、磁性材料からなることを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
7. 前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、所定波長の光に対する遮光機能を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
8. 前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、所定波長の光が照射されることにより、プラズモンを発生する材料からなることを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
9. 前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、磁性材料からなり、残りの側面上において所定波長の光に対する遮光機能を有する材料、あるいは所定波長の光が照射されることによりプラズモンを発生する材料が成膜されることを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
10. 前記側面の少なくとも１側面の上に成膜される金属膜が、所定波長の光に対する遮光機能を有する材料、あるいは所定波長の光が照射されることによりプラズモンを発生する材料からなり、残りの側面上に成膜される金属膜が、前記遮光機能を有する材料、あるいは前記プラズモンを発生する材料上に磁性材料が成膜されることを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
11. 前記錐台を形成する工程と、前記金属膜を成膜する工程とを使用し、同一の前記基板上に複数個の前記ティップ型プローブを製造することを特徴とする請求項１に記載のティップ型プローブ製造方法。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のティップ型プローブ製造方法によって製造されたティップ型プローブ。
13. 請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のティップ型プローブ製造方法を用いるティップ型プローブ製造装置。
14. 頂面と側面とからなる錐台の前記側面上に金属膜を有し、前記頂面から近接場を生成するティップ型プローブを製造するティップ型プローブ製造装置であって、
    前記頂面と相似な形状のエッチングマスクを基板上に配置するマスク配置部と、
    前記エッチングマスクを用いて前記基板を等方性エッチングすることにより前記錐台を形成する錐台形成部と、
    前記頂面の面積が前記近接場を生成し得る面積に達した場合に、前記等方性エッチングを止めるように前記錐台形成部に指示を行う等方性エッチング制御部と、
    前記エッチングマスクと前記側面との間に前記金属膜の成膜粒子を回り込ませて前記錐台に付着させることにより前記金属膜を成膜する金属膜成膜部とを備え、
    前記金属膜成膜部において、前記成膜粒子の前記基板に対する指向性を制御することで、前記金属膜の膜厚を前記錐台の根元から前記頂面に向かうにつれて順次薄くすることを特徴とするティップ型プローブ製造装置。

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