WO2005092490A1

WO2005092490A1 - 光反応性薄膜加工法並びに光反応性薄膜加工装置

Info

Publication number: WO2005092490A1
Application number: PCT/JP2005/005589
Authority: WO
Inventors: Futao Kaneko; Yasuo Ohdaira; Keizo Kato; Kazunari Shinbo; Takahiro Kawakami
Original assignee: Futao Kaneko; Yasuo Ohdaira; Keizo Kato; Kazunari Shinbo; Takahiro Kawakami
Priority date: 2004-03-27
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2005-10-06
Also published as: EP1741485A1

Abstract

　プローブで観測した前記諸特性例えば光入射角度、光強度、光偏光状態をフィードバックさせることで、所望の構造または物性を持つ光反応性薄膜に加工することのできる光反応性薄膜加工法を提供するものである。プリズム３表面における二つのレーザー光の全反射による二つのエバネッセント波の干渉で形成された合成表面電磁場を用いて、プリズム３表面に直接若しくは近接させて配置した光反応性薄膜１を加工する方法において、前記光反応性薄膜１の表面上に走査型プローブ顕微鏡のプローブ４を配置して、光の半波長以下の領域において加工中の薄膜１の空間的構造、または磁気特性、光学特性、電気伝導特性などの構造または物性をその場で加工の前後あるいは加工と同時に観測し、この観測した前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記レーザー光を制御することによって前記構造または前記物性を制御して光反応性薄膜１を加工する光反応性薄膜加工法。

Description

明細書

光反応性薄膜加工法並びに光反応性薄膜加工装置

技術分野

[0001] 本発明は、プリズム表面のエバネッセント波の干渉を用いた光反応性薄膜加工における、プローブ顕微鏡を用いた光反応性薄膜の加工法並びに加工装置に関するものである。

背景技術

[0002] エバネッセント波の干渉を用いた光反応性薄膜加工法は、例えば、外国文献 P S Ramanujam, Optics Letters, 28, 2375 (2003)に記述されている。一般に、エバネッセント波の干渉を用いた光反応性薄膜加工は、図 5に示すように、光反応性薄膜 21をプリズム上に製膜しプリズム 22の表面に配置して、レーザー光 23を入射させて全反射させることで、レーザー光 23によるエバネッセント波を方向 24に伝搬させ、さらにレーザ一光 25を対称なもう一方のプリズム側面に力入射させ、プリズム表面の同じ領域で全反射させエバネッセント波を方向 26に伝搬させることで、二つのエバネッセント波をプリズム表面で干渉させて合成表面電磁場 27を形成し、光反応性薄膜を加工する。このとき、エバネッセント波の合成表面電磁場 27の強度分布の周期は、全反射現象によるためプリズムの屈折率や入射角度によって，レーザー光の自由空間波長の 2 分の 1よりも小さくなり、さらにプリズムの屈折率や入射角度を大きくすることでさらに小さくなる。この定在波 (合成表面電磁場 27)と光反応性薄膜 21が相互作用することにより、薄膜の空間構造あるいは誘電特性が、その定在波の空間的な強度分布に対応した形状に変形させることができる。

[0003] 非特許文献 1：外国文献 P S Ramanujam, Optics Letters, 28, 2375 (2003)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] エバネッセント波の干渉を用いる光反応性薄膜の加工法では、干渉パターンに対応した格子状の空間構造あるいは誘電特性分布が形成される。従来、その形状あるいは誘電特性の測定には、一般には、外部からレーザー光を導入しこれをプローブとして用い、光の回折現象を利用して、その回折パターンから観測することにより行われてきた。

[0005] しかしながら、複雑な空間構造を構築した場合、回折パターン力もその構造を判別することは困難であることや、光をプローブとして用いるため、電気伝導などの電気特性を観測することは不可能であった。また、光の回折限界により測定の空間分解能が制限されるといった問題点がある。

[0006] また、光反応性薄膜上の自由空間に光学系があるために、光反応性薄膜上に走查型プローブ顕微鏡のプローブ短針を配置することが不可能であるという問題点もある。

[0007] 本発明の目的は、エバネッセント波の干渉を用いた光反応性薄膜加工法並びにカロェ装置において、光反応性薄膜の表面上に走査型プローブ顕微鏡のプローブを配置して、光の半波長以下の領域において薄膜の空間的構造、あるいは磁気特性、光学特性、電気伝導特性を加工前後あるいは加工と同時に観測でき、さらに、プロ一ブで観測した特性を光入射角度、光強度、光照射時間、光偏光状態，プローブへフイードバックさせることで、所望の特性を持つ光反応性薄膜を加工することのできる光反応性薄膜加工法並びに加工装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0008] 添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

[0009] プリズム 3表面における二つのレーザー光の全反射による二つのエバネッセント波の干渉で形成された合成表面電磁場を用いて、プリズム 3表面に直接若しくは近接させて配置した光反応性薄膜 1を加工する方法において、前記光反応性薄膜 1の表面上に走査型プローブ顕微鏡のプローブ 4を配置して、光の半波長以下の領域において加工中の薄膜 1の空間的構造、または磁気特性、光学特性、電気伝導特性などの構造または物性をその場で力卩ェの前後あるいは力卩ェと同時に観測し、この観測した前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記レーザー光を制御することによつて前記構造または前記物性を制御して光反応性薄膜 1を加工することを特徴とする光反応性薄膜加工法に係るものである。

[0010] また、前記レーザー光のひとつを入射レーザーとして前記プリズム 3表面で全反射させ発生させたエバネッセント波と、そのプリズム 3表面で全反射したレーザー光をプリズム 3外に配置した鏡 8により反転させて戻した、反射レーザー光を再び全反射させて発生させたエバネッセント波との前記二つのエバネッセント波をプリズム 3表面で干渉させた合成表面電磁場を用い、前記入射レーザー光と反射レーザー光の入射角度を調整する入射角度調整手段 7と、反射レーザー光の空間的な位相を調整し合成表面電磁場の空間的位置を調節する位相制御調整手段 9とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記入射角度調整手段 7または前記位相制御調整手段 9を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜 1を得ることを特徴とする請求項 1記載の光反応性薄膜加工法に係るものである。

[0011] また、前記入射レーザー光の強度または光照射時間と偏光とを調整する光量調整手段 12と偏光調整手段 11とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて、前記光量調整手段 12または前記偏光調整手段 11を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜 1を得ることを特徴とする請求項 1, 2のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法に係るものである。

[0012] また、前記エバネッセント波の干渉により加工した前記薄膜 1表面に前記走査型プローブ顕微鏡のプローブ 4先端を接近させ、プローブ 4先端に生じさせた近接場光により薄膜 1に追加工を行うことを特徴とする請求項 1一 3のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法に係るものである。

[0013] また、前記プリズム 3表面に配置する光反応性薄膜 1は、前記プリズム 3上に直接配置する、あるいはプリズム 3と同程度の屈折率のガラス基板 2上に配置してガラス基板 2をプリズム 3に貼り合せることを特徴とする請求項 1一 4のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法に係るものである。

[0014] また、前記光反応性薄膜 1は、前記プリズム 3上に直接配置せず、任意の屈折率の基板 2上に配置し、この光反応性薄膜 1の表面を前記プリズム 3表面側に対面させ、入射レーザー光の 10分の 1一 1波長の距離に近接して置き、プリズム 3表面上に形成された前記エバネッセント波の干渉合成表面電磁場を用いて、前記基板 2上の光反応性薄膜 1を加工することを特徴とする請求項 1一 4のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法に係るものである。 [0015] また、プリズム 3表面における二つのレーザー光の全反射による二つのエバネッセント波の干渉で形成された合成表面電磁場を用いて、プリズム 3表面に直接若しくは近接させて配置した光反応性薄膜 1を加工する加工装置にお!、て、前記光反応性薄膜 1の表面上に配置する走査型プローブ顕微鏡のプローブ 4と、この走査型プローブ顕微鏡で光の半波長以下の領域において加工中の薄膜 1の空間的構造、または磁気特性、光学特性、電気伝導特性などの構造または物性をその場で加工の前後あるいは加工と同時に観測し、この観測した前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記レーザー光を制御することによって前記構造または前記物性を制御して光反応性薄膜 1を加工する制御部とを備えたことを特徴とする光反応性薄膜加工装置に係るものである。

[0016] また、前記レーザー光のひとつを入射レーザーとして前記プリズム 3表面で全反射させ発生させたエバネッセント波と、そのプリズム 3表面で全反射したレーザー光をプリズム 3外に配置した鏡 8により反転させて戻した、反射レーザー光を再び全反射させて発生させたエバネッセント波との前記二つのエバネッセント波をプリズム 3表面で干渉させた合成表面電磁場が生じるように構成し、前記入射レーザー光と反射レーザ一光の入射角度を調整する入射角度調整手段 7と、反射レーザー光の空間的な位相を調整し合成表面電磁場の空間的位置を調節する位相制御調整手段 9とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記入射角度調整手段 7または前記位相制御調整手段 9を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜 1を得るように前記制御部を構成したことを特徴とする請求項 7記載の光反応性薄膜加工装置に係るものである。

[0017] また、前記入射レーザー光の強度または光照射時間と偏光とを調整する光量調整手段 12と偏光調整手段 11とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて、前記光量調整手段 12または前記偏光調整手段 11を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜 1を得るように前記制御部を構成したことを特徴とする請求項 7, 8のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工装置に係るものである。

[0018] また、前記エバネッセント波の干渉により加工した前記薄膜 1表面に前記走査型プローブ顕微鏡のプローブ 4先端を接近配置して、プローブ 4先端に生じさせた近接場光により薄膜 1に追加工を行うように構成したことを特徴とする請求項 7— 9のいずれ力 1項に記載の光反応性薄膜加工装置に係るものである。

[0019] また、前記プリズム 3表面に配置する光反応性薄膜 1は、前記プリズム 3上に直接配置する、あるいはプリズム 3と同程度の屈折率のガラス基板 2上に配置してガラス基板 2をプリズム 3に貼り合せることを特徴とする請求項 7— 10のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工装置に係るものである。

[0020] また、前記光反応性薄膜 1は、前記プリズム 3上に直接配置せず、任意の屈折率の基板 2上に配置し、この光反応性薄膜 1の表面を前記プリズム 3表面側に対面させ、入射レーザー光の 10分の 1一 1波長の距離に近接して置き、プリズム 3表面上に形成された前記エバネッセント波の干渉合成表面電磁場を用いて、前記基板 2上の光反応性薄膜 1を加工するように構成したことを特徴とする請求項 7— 10のヽずれか 1 項に記載の光反応性薄膜加工装置に係るものである。

発明の効果

[0021] 本発明は上述のように構成したから、二つのエバネッセント波の干渉を用いた光反応性薄膜加工において、光反応性薄膜の表面上に走査型プローブ顕微鏡のプロ一ブを配置して、光の半波長以下の領域において薄膜の空間的構造、磁気特性、光学特性、電気伝導特性などの構造または物性を加工前後あるいは加工と同時に観測でき、さらに、プローブで観測した前記諸特性例えば光入射角度、光強度、光偏光状態をフィードバックさせることで、所望の構造または物性を持つ光反応性薄膜を加工することのできる光反応性薄膜加工法並びに加工装置を提供することができる。

[0022] 請求項 1, 7記載の発明によれば、走査型プローブ顕微鏡として、例えば、走査型トンネル顕微鏡（STM, Scanning Tunneling Microscope)、原子間力顕微鏡（AFM, Atomic Force Microscope)、走査型磁気力顕微鏡（MFM, Magnetic Force

Microscope)、近接場光学顕微鏡（SNOM, Scanning Near-Field Optical Microscope )を用いて、数ナノメートルの分解能をもたせて光反応性薄膜表面上の構造の形状、磁気特性、光学特性、電気特性を観測することができるため、光反応性薄膜上にプローブを配置することにより、加工前後あるいは加工と同時に観測 '評価することができる画期的な光反応性薄膜加工法並びに加工装置となる。 [0023] また、請求項 2, 8記載の発明によれば、外部からプリズムへ入射するレーザー光をプリズム内で全反射させ発生させたエバネッセント波と、そのプリズム表面で反射したレーザー光をプリズム外に配置した鏡により反転させて戻した反射レーザー光を再び全反射させて発生させたエバネッセント波とを、プリズム表面で干渉させた合成表面電磁場を用いるため、入射角度調整部により入射レーザー光と反射レーザー光の入射角度を調整するとともに、位相制御調整部により反射レーザー光の空間的な位相を調整することで、合成表面電磁場の干渉パターンの寸法と空間的位置を調節することができる。さらに、例えばこれに薄膜上に配置した走査型プローブ顕微鏡により測定した表面形状に対応するプローブ信号を、あらかじめ入力した表面形状の目標値と比較し、制御信号発生部に入力し、入射角度調整部と位相制御調整部にフィードバックさせることで、所望の形状をもたせた薄膜加工を得ることができる画期的な光反応性薄膜加工法並びに加工装置となる。

[0024] また、請求項 3, 9記載の発明によれば、光量調整機構により入射レーザー光の強度、光照射時間を調整でき、また、偏光調整機構により入射レーザー光の偏光を調整することができるので、例えば、薄膜上に配置した走査型プローブ顕微鏡により測定した空間的構造、あるいは磁気特性、光学特性、電気伝導特性に対応するプロ一ブ信号を、あらかじめ入力した表面形状の目標値と比較し、光量調整機構と偏光調整機構へフィードバックさせることで、所望の形状と特性をもたせた薄膜加工を得ることができる画期的な光反応性薄膜加工法並びに加工装置となる。

[0025] また、請求項 4, 10記載の発明によれば、エバネッセント波の干渉により加工した薄膜表面にプローブ先端を接近させて、光照射したプローブ先端に生じる近接場光を用いることができるので、数ナノメートルの分解能で薄膜を追カ卩ェすることができる画期的な光反応性薄膜加工法並びに加工装置となる。

発明を実施するための最良の形態

[0026] 好適と考える本発明の実施形態 (発明をどのように実施する力を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

[0027] エバネッセント波の干渉合成電磁波は、プリズム内面でレーザー光を全反射させることでプリズム表面に発生し、かつ、プリズム表面の波長程度の領域に存在するので、光路を乱すことなく走査型プローブ顕微鏡のプローブ先端を光反応性薄膜上に配置することができる。また、入射レーザー光の強度、光照射時間と偏光を調整することにより、光反応性薄膜上の構造、あるいは磁気特性、光学特性、電気伝導特などの物性を制御することができる。

[0028] 従って，請求項 1, 7記載の光反応性薄膜加工法並びに加工装置によれば、走査型プローブ顕微鏡として、例えば、走査型トンネル顕微鏡（STM, Scanning Tunneling Microscope)、原子間力顕微鏡（AFM, Atomic Force Microscope) ,走査型磁気力顕微鏡（MFM, Magnetic Force Microscope)、近接場光学顕微鏡（SNOM, Scanning Near-Field Optical Microscope)を用いて、数ナノメートルの分解能をもたせて光反応性薄膜表面上の構造の形状、あるいは磁気特性、光学特性、電気特性を観測することができるため、光反応性薄膜上にプローブを配置することにより、加工前後あるいは加工と同時に観測 '評価することができる。

[0029] さらに、請求項 2, 8記載の光反応性薄膜加工法並びに加工装置によれば、外部からプリズムへ入射するレーザー光をプリズム内で全反射させ発生させたエバネッセント波と、プリズム表面で全反射したレーザー光をプリズム外に配置した鏡により反転させて戻した反射レーザー光を再び全反射させて発生させたエバネッセント波とを、プリズム表面で干渉させた合成表面電磁場を用いるため、入射角度調整部により入射レーザー光と反射レーザー光の入射角度を調整するとともに、位相制御調整部により反射レーザー光の空間的な位相を調整することで、合成表面電磁場の干渉パターンの寸法と空間的位置を調節することができる。さらに、例えばこれに薄膜上に配置した走査型プローブ顕微鏡により測定した表面形状あるいは物性に対応するプロ一ブ信号を、あらかじめ入力した表面形状の目標値と比較し、制御信号発生部に入力し、入射角度調整部と位相制御調整部にフィードバックさせることで、所望の形状あるいは物性をもたせた薄膜加工を得ることができる。

[0030] さらに、請求項 3, 9記載の光反応性薄膜加工法並びに加工装置によれば、光量調整機構により入射レーザー光の強度、光照射時間を調整でき、また、偏光調整機構により入射レーザー光の偏光を調整することができるので、例えば薄膜上に配置した走査型プローブ顕微鏡により測定した空間的構造、磁気特性、光学特性、電気伝導特性に対応するプローブ信号を、あらかじめ入力した表面形状の目標値と比較し、光量調整機構と偏光調整機構へフィードバックさせることで、所望の形状あるいは物性をもたせた薄膜加工を得ることができる。

[0031] さらに、請求項 4, 10記載の光反応性薄膜加工法並びに加工装置によれば、エバネッセント波の干渉により加工した薄膜表面にプローブ先端を接近させて、光照射したプローブ先端に生じる近接場光を用いることができるので、数ナノメートルの分解能で薄膜を追加工することができる。

[0032] なお、光反応性分子薄膜はプリズム上に直接配置するだけでなぐプリズムと同程度の屈折率のガラス基板上に配置してそのガラス基板をプリズム表面に接した場合でもよぐその場合にはプリズム内からプリズム表面に入射したレーザー光はそのままガラス基板に入射しガラス基板表面で全反射されガラス基板表面にエバネッセント波を形成することができる。

[0033] また，光反応性薄膜を任意の屈折率の基板上に配置した場合には光反応性薄膜の表面をプリズム表面側に対面させ，入射レーザー光の 10分の 1一 1波長の距離にプリズム表面力も近接して置くことで，プリズム表面上に形成されたエバネッセント波の干渉合成表面電磁波を用いて，基板上の光反応性分子薄膜を加工することができる。

実施例

[0034] 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

[0035] 本発明者は、プリズム表面におけるレーザー光の全反射による二つのエバネッセント波の干渉で形成された合成表面電磁波を用いることで、プリズム表面に配置した光反応性分子薄膜を入射レーザー光の半波長以下の寸法で加工し、さらに走査型プローブ顕微鏡を薄膜上に配置することにより、加工された薄膜の形状を同時に観測することが可能であることを実験的に確認した。さらに、入射光の強度、照射時間、偏光を調整することにより、薄膜上に形成されるナノ構造の形状と寸法を制御することができることを確認している。これらの実験事実に基づき本発明がなされたものである

[0036] 図 1は、本実施例の光反応性薄膜表面の構造，物性を観察するプローブ 4と、この信号をフィードバックして力卩ェを制御して所望の構造 '物性に加工する（フィードバック)制御部とを備えた光反応性薄膜加工装置のシステムブロック図である。

[0037] 図 1に示す光反応性薄膜加工装置は、レーザー装置 5から発せられた入射レーザ一光を、光反応性薄膜 1と直角プリズム 3を結合するガラス基板 2で全反射しエバネッセント波を発生させ、入射レーザー光の入射角度を調整する入射角度調節器 7 (入射角度調整手段 7)と、入射レーザー光の強度、光照射時間、偏光をそれぞれ調整する光量調整部 12 (光量調整手段 12)とシャッター部 13および偏光制御部 11 (偏光調整手段 11)と、プリズム 3で反射した反射レーザー光をふたたびプリズムに入射させる鏡 8とその空間的位相を調整する位相制御部 9 (位相制御調整手段 9)と、反射レ一ザ一光の入射角度を調整する反射光入射角度調節器 10と、加工された薄膜の空間的構造、あるいは磁気特性、光学特性、電気伝導特性を観測するプローブ短針 4 (走査型顕微鏡のプローブ 4)と、プローブ短針 4位置を電気的に制御するプローブ制御部 14と、プローブ力の信号を電気的に信号処理するプローブ信号処理部 15と、薄膜加工条件を入力する目標データ入力部 19と、目標データとプローブ信号を比較し所望の形状や特性との誤差に相当する信号を発生させるデータ比較部 17と、その信号をフィードバック信号に変換する制御信号発生部 18とにより構成されている。

[0038] 上記のように構成された光反応性薄膜加工装置の動作について説明する.

図 1にお、て、連続発振あるいはパルス発振レーザー光であるレーザー装置 5は、プリズムへの入射レーザー光を発する。入射レーザー光は、電動機構により透過率が制御できるフィルタ一等により構成された光量調整部 12により光強度が調整された後、波長板と直線偏光板や光音響素子により構成され電気的に制御可能な偏光制御部 11により偏光が調整される。その後、鏡 6により入射レーザー光は反射されて直角プリズム 3 (以下プリズムと称す)へ全反射条件を満たす角度以上の入射角度で入射される。このとき鏡 6は入射角度調節器 7に取り付けられており、鏡の角度を調整することができ、入射レーザー光のプリズムへの入射角度が調整される。

[0039] 加工される光反応性薄膜は、例えばスピンコート法等により、プリズム表面あるいは、プリズムと同程度の屈折率のガラス基板の片面に製膜され、この場合には例えばマツチングオイルにより製膜された面の反対側のガラス面がプリズム表面と結合される。このとき、入射レーザー光が入射されると、プリズム表面あるいは、ガラス基板表面でエバネッセント波が形成され、入射レーザー光は全反射により反射レーザー光としてプリズム内へ反射されそのままプリズムの外へ透過する。プリズムの外まで透過した反射レーザー光は、反射光入射角度調節器 10により角度が調整できる鏡 8により光路を反転され、再び、プリズムへ入射され、プリズム表面または、ガラス基板表面で全反射しエバネッセント波が再度形成される。このとき、入射レーザー光により生成されたエバネッセント波の伝搬方向と、反射光により生成されたエバネッセント波の伝搬方向とがそれぞれ対向する向きとなり、プリズム上あるいはガラス基板上に二つのェバネッセント波の干渉で生成された合成表面電磁場の格子パターンの光強度分布が生じ、これによつて光反応性薄膜が加工される。このとき、入射レーザー光と反射レ一ザ一光の入射角度を選び、エバネッセント波の波長を調整することにより、干渉パターンの寸法が制御される。さらに、鏡 8に取り付けられた、例えば圧電素子により構成された位相制御部により、鏡の位置を調整することで、プリズムへ再入射される反射レーザー光の空間的な位相が選択され、合成表面電磁場の干渉パターンの空間的な位置を決めることができる。

[0040] さらに、入射レーザー光の偏光状態を、入射光と反射光の光路がつくる平面 (以下入射面という）に平行な電場成分の偏光、入射面に対し垂直な成分の偏光、さらには、これらの電磁場成分の混合状態の偏光を調整して、合成表面電磁場の空間的な強度分布を変化させ、それに対応させて、薄膜の空間構造、あるいは磁気特性、誘電特性等の光学特性、電気伝導などの電気特性を制御しながら光反応性薄膜をカロェできる。

[0041] さらに、シャッター部 13によりレーザー光の点灯の制御と、光量調整部 12によるレーザ一光の強度を調整することにより、エバネッセント波の干渉による合成電磁場の光反応性薄膜への光照射時間と強度を調整することで、点状、ドーナツ形状や線状の加工形状に制御することができる。

[0042] なお、入射レーザーを制御する偏光制御部 11、光量調整部 12、シャッター部 13の挿入位置はお互ヽに入れ替えて配置して用いることができる。

[0043] また、プリズムは、光軸面上の形状が左右対称でレーザー光がプリズム表面で全反射するものであれば良ぐ例えば、直角プリズムや半円柱プリズム、半球プリズムあるいはピラミッド型プリズムを用いて良ぐ入射側と反対側の側面に設置した鏡により、反射した光を同じ光路へ戻し再び全反射させることで、プリズム表面でエバネッセント波の干渉により生じた合成表面電磁波を形成できればよい。

[0044] 以上の加工の状態は、プリズムと反対側に配置した走査型プローブ顕微鏡のプローブ短針 4により、数ナノメートルの分解能をもたせてその場で加工と同時に観測することができる。走査型プローブ顕微鏡の種類は、例えば、走査型トンネル顕微鏡（ ¾ ΓΜ, scanning Tunneling Microscope)、原子 f¾，力顕微鏡 (AFM, Atomic Force Microscope) ,走査型磁気力顕微鏡（MFM, Magnetic Force Microscope)、近接場光学顕微鏡（SNOM, Scanning Near-Field Optical Microscope)等を用いればよぐ用いたプローブの種類により、光反応性薄膜表面上の構造の形状、あるいは磁気特性、光学特性、電気特性を観測し、プローブ信号処理部 15により画像信号に変換し，画像表示装置 16を通じて実時間で評価することができる。

[0045] さらに、所望する加工特性を目標データ入力部 19力入力し、データ比較部 17に内蔵されたメモリに格納し、プローブ信号処理部 15からの信号と比較演算処理することにより、目標値との差を算出しこれを差信号として、制御信号発生部 18に入力する。さらに、制御信号発生部は、差信号を入射角度調節器 7、位相制御部 9、反射光入射角度調節器 10、偏光制御部 11、光量調整部 12、シャッター部 13、プローブ制御部 14への制御信号に変換しフィードバックすることで、入射角度、反射光の位相、入射レーザーの偏光、光強度、光照射時間を制御し分子薄膜の構造の形状、あるいは磁気特性、光学特性、電気特性を所望の特性に制御する。

[0046] 更に本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

[0047] 光反応性薄膜のひとつであるァゾ色素分子 (Congo Red)薄膜を膜厚 40nmで、屈折率 1.522のガラス基板の上に製膜し、ガラス基板と同じ屈折率 (n = 1.522)の直角プリ

P

ズムへ密着させ、波長 488.0nmのアルゴンレーザーの入射レーザー光をプリズムへ入射角度 45度で入射しガラス基板表面で全反射させ、反射した光をプリズムの入射側と対称な側面に配置した鏡 8により反射させ戻し、再び同じ位置で全反射させ、エバネッセント波の干渉をプリズム上のガラス基板表面で形成し、ァゾ色素薄膜を加工した。また、分子薄膜表面形状のその場観察の一例として、走査型プローブ顕微鏡の一つである原子間力顕微鏡 (AFM)のカンチレバーを光反応性分子薄膜の上方に配し 7こ。

[0048] 図 2,図 3,図 4は、入射レーザー光の偏光をそれぞれ、楕円偏光（図 2)、電場成分を入射面に平行 (図 3)、電場成分を入射面に垂直 (図 4)として、レーザー光を 10分間入射して加工した後の表面形状を、薄膜上の AFMプローブにより観測した結果の一例である。ここで、プリズムには直角プリズムを用い、入射レーザー光と反射レーザ一光のプリズムへの入射角度をそれぞれ 45度とした。このとき、合成表面電磁場における格子状光強度パターンの理論的な間隔 (244nm) X (^2/1.522)に対応した約 220nmの周期構造を持つ表面構造が形成された。さらに、偏光の種類に応じて、ド一ナツ型状、ドット状、線状の形状の表面構造が形成されている。

図面の簡単な説明

[0049] [図 1]本実施例のエバネッセント波干渉法を用いた光反応性薄膜加工装置を示すシステムブロック図である。

[図 2]本実施例の入射レーザー光を楕円偏光とし、ァゾ色素分子薄膜へ合成表面電磁場を 10分間照射した後、原子間力顕微鏡による表面形状をその場観測した顕微鏡写真である。

[図 3]本実施例の入射レーザー光の電場成分を入射面に平行とし、ァゾ色素分子薄膜へ合成表面電磁場を 10分間照射した後、原子間力顕微鏡による表面形状をその場観測した顕微鏡写真である。

[図 4]本実施例の入射レーザー光の電場成分を入射面に垂直とし、ァゾ色素分子薄膜へ合成表面電磁場を 10分間照射した後、原子間力顕微鏡による表面形状をその場観測した顕微鏡写真である。

[図 5]従来技術によるエバネッセント波の干渉を用いた光反応性薄膜加工法を示す説明図である。

符号の説明

[0050] 1 光反応性薄膜 (薄膜）

2 ガラス基板 (基板）プリズム（直角プリズム）

プローブ（プローブ短金十）

入射角度調整手段 (入射角度調節器) 鏡

位相制御調整手段 (位相制御部）偏光調整手段 (偏光制御部）光量調整手段 (光量調節部）

Claims

請求の範囲

[1] プリズム表面における二つのレーザー光の全反射による二つのエバネッセント波の干渉で形成された合成表面電磁場を用いて、プリズム表面に直接若しくは近接させて配置した光反応性薄膜を加工する方法にお!、て、前記光反応性薄膜の表面上に走査型プローブ顕微鏡のプローブを配置して、光の半波長以下の領域において加ェ中の薄膜の空間的構造、または磁気特性、光学特性、電気伝導特性などの構造または物性をその場で力卩ェの前後あるいは力卩ェと同時に観測し、この観測した前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記レーザー光を制御することによって前記構造または前記物性を制御して光反応性薄膜を加工することを特徴とする光反応性薄膜加工法。

[2] 前記レーザー光のひとつを入射レーザーとして前記プリズム表面で全反射させ発生させたエバネッセント波と、そのプリズム表面で全反射したレーザー光をプリズム外に配置した鏡により反転させて戻した、反射レーザー光を再び全反射させて発生させたエバネッセント波との前記二つのエバネッセント波をプリズム表面で干渉させた合成表面電磁場を用い、前記入射レーザー光と反射レーザー光の入射角度を調整する入射角度調整手段と、反射レーザー光の空間的な位相を調整し合成表面電磁場の空間的位置を調節する位相制御調整手段とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記入射角度調整手段または前記位相制御調整手段を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜を得ることを特徴とする請求項 1記載の光反応性薄膜加工法。

[3] 前記入射レーザー光の強度または光照射時間と偏光とを調整する光量調整手段と偏光調整手段とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて、前記光量調整手段または前記偏光調整手段を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜を得ることを特徴とする請求項 1, 2のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法

[4] 前記エバネッセント波の干渉により加工した前記薄膜表面に前記走査型プローブ顕微鏡のプローブ先端を接近させ、プローブ先端に生じさせた近接場光により薄膜に追加工を行うことを特徴とする請求項 1一 3のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法。

[5] 前記プリズム表面に配置する光反応性薄膜は、前記プリズム上に直接配置する、あるいはプリズムと同程度の屈折率のガラス基板上に配置してガラス基板をプリズムに貼り合せることを特徴とする請求項 1一 4のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法。

[6] 前記光反応性薄膜は、前記プリズム上に直接配置せず、任意の屈折率の基板上に配置し、この光反応性薄膜の表面を前記プリズム表面側に対面させ、入射レーザ一光の 10分の 1一 1波長の距離に近接して置き、プリズム表面上に形成された前記エバネッセント波の干渉合成表面電磁場を用いて、前記基板上の光反応性薄膜を加工することを特徴とする請求項 1一 4のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工法。

[7] プリズム表面における二つのレーザー光の全反射による二つのエバネッセント波の干渉で形成された合成表面電磁場を用いて、プリズム表面に直接若しくは近接させて配置した光反応性薄膜を加工する加工装置にぉ、て、前記光反応性薄膜の表面上に配置する走査型プローブ顕微鏡のプローブと、この走査型プローブ顕微鏡で光の半波長以下の領域において加工中の薄膜の空間的構造、または磁気特性、光学特性、電気伝導特性などの構造または物性をその場で加工の前後あるいは加工と同時に観測し、この観測した前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づ、て前記レ一ザ一光を制御することによって前記構造または前記物性を制御して光反応性薄膜を加工する制御部とを備えたことを特徴とする光反応性薄膜加工装置。

[8] 前記レーザー光のひとつを入射レーザーとして前記プリズム表面で全反射させ発生させたエバネッセント波と、そのプリズム表面で全反射したレーザー光をプリズム外に配置した鏡により反転させて戻した、反射レーザー光を再び全反射させて発生させたエバネッセント波との前記二つのエバネッセント波をプリズム表面で干渉させた合成表面電磁場が生じるように構成し、前記入射レーザー光と反射レーザー光の入射角度を調整する入射角度調整手段と、反射レーザー光の空間的な位相を調整し合成表面電磁場の空間的位置を調節する位相制御調整手段とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて前記入射角度調整手段または前記位相制御調整手段を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜を得るように前記制御部を構成したことを特徴とする請求項 7記載の光反応性薄膜加工装置。

[9] 前記入射レーザー光の強度または光照射時間と偏光とを調整する光量調整手段と偏光調整手段とを備え、前記走査型プローブ顕微鏡の信号に基づいて、前記光量調整手段または前記偏光調整手段を制御して所望の構造または物性をもたせた薄膜を得るように前記制御部を構成したことを特徴とする請求項 7, 8の、ずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工装置。

[10] 前記エバネッセント波の干渉により加工した前記薄膜表面に前記走査型プローブ顕微鏡のプローブ先端を接近配置して、プローブ先端に生じさせた近接場光により薄膜に追加工を行うように構成したことを特徴とする請求項 7— 9のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工装置。

[11] 前記プリズム表面に配置する光反応性薄膜は、前記プリズム上に直接配置する、あるいはプリズムと同程度の屈折率のガラス基板上に配置してガラス基板をプリズムに貼り合せることを特徴とする請求項 7— 10のいずれ力 1項に記載の光反応性薄膜加工装置。

[12] 前記光反応性薄膜は、前記プリズム上に直接配置せず、任意の屈折率の基板上に配置し、この光反応性薄膜の表面を前記プリズム表面側に対面させ、入射レーザ一光の 10分の 1一 1波長の距離に近接して置き、プリズム表面上に形成された前記エバネッセント波の干渉合成表面電磁場を用いて、前記基板上の光反応性薄膜を加工するように構成したことを特徴とする請求項 7— 10のいずれか 1項に記載の光反応性薄膜加工装置。