JP2003194697A - Explorer having grating coupler and its manufacturing method, probe having explorer, information processing device having probe, surface observation device, exposure device, and optical element by exposure device - Google Patents

Explorer having grating coupler and its manufacturing method, probe having explorer, information processing device having probe, surface observation device, exposure device, and optical element by exposure device

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JP2003194697A
JP2003194697A JP2001398575A JP2001398575A JP2003194697A JP 2003194697 A JP2003194697 A JP 2003194697A JP 2001398575 A JP2001398575 A JP 2001398575A JP 2001398575 A JP2001398575 A JP 2001398575A JP 2003194697 A JP2003194697 A JP 2003194697A
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JP
Japan
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probe
hole
grating
probe according
manufacturing
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JP2001398575A
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Japanese (ja)
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Tomohiro Yamada
朋宏 山田
Natsuhiko Mizutani
夏彦 水谷
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an explorer and its manufacturing method capable of manufacturing easily, and possible to be designed allowing an error of precision required in a manufacturing process, when manufacturing a grating having desired performance adaptive to the explorer shape on a waveguide layer on an explorer lower part, and also to provide a probe having the explorer, an information processing device having the probe, a surface observation device, an exposure device, and an optical element by the exposure device. <P>SOLUTION: This explorer equipped with a member having a pyramidal optical through-hole formed thereon and the waveguide layer positioned under the member has a constitution wherein the grating formed on the surface of the waveguide layer positioned under the member has a grating pattern determined from an interference pattern between a spherical wave in the explorer and a plane wave in the waveguide layer. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、グレーティングカ
ップラを有する探針及びその製造方法、該探針を有する
プローブ、及び該プローブを有する情報処理装置、表面
観察装置、露光装置、該露光装置による光学素子に関す
る。とりわけ、ここでの探針は微小開口を有し、近接場
光検出または照明用に適した構成を有するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe having a grating coupler, a method of manufacturing the probe, a probe having the probe, an information processing apparatus having the probe, a surface observation apparatus, an exposure apparatus, and an optical system using the exposure apparatus. Regarding the device. In particular, the probe here has a minute aperture and has a configuration suitable for near-field light detection or illumination.

【0002】[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(198
3))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。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(AF
M)、磁気力顕微鏡(MFM)、近接場光学顕微鏡(S
NOM)等がある。
2. Description of the Related Art Recently, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as "STM") has been developed which allows direct observation of the electronic structure of surface atoms of a conductor (G. Binnig et al.
Phys. Rev. Lett. , 49, 57 (198
3)) Scanning probe microscopes (hereinafter referred to as "SPM") have been popular in the field of material microstructure evaluation since it has become possible to measure real space images with high resolution regardless of whether they are single crystals or amorphous. Has come to be studied. As the SPM, a scanning tunneling microscope that detects a surface structure using tunnel current, atomic force, magnetic force, light, etc. obtained by bringing a probe having a microprobe (probe) close to a sample to be evaluated. (STM), atomic force microscope (AF
M), magnetic force microscope (MFM), near-field optical microscope (S
NOM) etc.

【0003】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以下の位置分解能
を、微小開口から発生される近接場光を利用して、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。
Among these SPMs, the SNOM has a positional resolution of λ / 2 or less, which is impossible with a conventional optical microscope, and uses the near-field light generated from a minute aperture to form a fine pattern on the sample surface. It is a non-destructive measurement of shapes and the like with high resolution. Further, in SNOM, it is possible to use materials such as ecology and cells, which have been difficult to observe in the past, as a sample, there are many observable objects, and its application range is wide.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した微
小開口を用いて近接場光を発生させる場合、特開平06
−259821号公報等の記載からも明らかなように、
その発生効率の向上のために探針下部の導波路層表面に
グレーティングを設ける手法がある。しかし、探針形状
に合わせたグレーティングパターンをその都度設計する
必要があり、作業効率が低いという問題点があった。ま
た、プローブ作製プロセスの中に探針を圧着するプロセ
スを含む場合、圧着時の位置精度には限界があるため
に、この誤差を許容する設計にする必要があった。
By the way, when near-field light is generated by using the above-mentioned minute aperture, it is disclosed in JP-A-06-06
As is clear from the description in Japanese Patent No. 259821,
In order to improve the generation efficiency, there is a method of providing a grating on the surface of the waveguide layer below the probe. However, it is necessary to design a grating pattern according to the shape of the probe each time, which causes a problem of low work efficiency. Further, when the probe manufacturing process includes a process of crimping the probe, since there is a limit to the positional accuracy at the time of crimping, it was necessary to design to allow this error.

【0005】そこで、本発明は、上記課題を解決し、探
針下部の導波路層に探針形状に適応した所望の性能を持
つグレーティングを作製するに際し、その作製が容易で
あり、かつ作製工程に要求される精度の誤差を許容する
ことが可能となる探針及びその製造方法、該探針を有す
るプローブ、及び該プローブを有する情報処理装置、表
面観察装置、露光装置、該露光装置による光学素子を提
供することを目的とするものである。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and when manufacturing a grating having a desired performance adapted to the shape of the probe in the waveguide layer below the probe, the manufacturing is easy and the manufacturing process is Probe capable of allowing an accuracy error required for a probe, a method of manufacturing the probe, a probe having the probe, an information processing device having the probe, a surface observation device, an exposure device, and an optical device using the exposure device. The purpose is to provide a device.

【0006】[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)〜(33)のように構成した
ガス処理装置及びガス処理方法を提供するものである。 (1)錐状の光学的貫通孔が形成された部材と、該部材
の下方に位置する導波路層を備えた探針において、前記
部材の下方に位置する前記導波路層の表面に形成された
グレーティングが、探針内の球面波と導波路層内の平面
波の干渉パターンから求められたグレーティングパター
ンを有することを特徴とする探針。 (2)前記グレーティングパターンが、つぎの条件式を
満たすことを特徴とする上記(1)に記載の探針。 ここで、 m:整数。 α:グレーティングの最大長さ。 θ1:はグレーティングから導かれた光の集光角度。 ただし、αは略貫通孔内部の底面である二次元図形の最
大長さとし、θ1は略貫通孔内面の角度とする。x軸は
導波路層内の平面波の導波方向にとり、導波路層内にx
軸と垂直にy軸をとる。x,y軸に垂直にz軸をとる。
グレーティングの焦点からxy平面に降ろした垂線の足
を座標軸の原点にとる。 λ:入射光の波長。 n1:導波路層の屈折率。 n2:貫通孔内部の屈折率。 (3)前記貫通孔は、その形状が略四角錐であることを
特徴とする上記(1)または上記(2)に記載の探針。 (4)前記略四角錐の貫通孔が、Siの結晶軸異方性エ
ッチングによって形成された貫通孔であることを特徴と
する上記(3)に記載の探針。 (5)前記貫通孔は、その形状が略三角錐であることを
特徴とする上記(1)または上記(2)に記載の探針。 (6)前記略三角錐の貫通孔が、Si、GaΑs、Ga
Pをエッチングによって形成された貫通孔であることを
特徴とする上記(5)に記載の探針。 (7)前記貫通孔は、その形状が略円錐であることを特
徴とする上記(1)または上記(2)に記載の探針。 (8)前記略円錐の貫通孔が、Siをエッチングするこ
とによって形成された貫通孔であることを特徴とする上
記(7)に記載の探針。 (9)前記グレーティングは、貫通孔内面の斜辺と探針
頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角度をθ
2、貫通孔の底面の最大長さをβとし、探針下部に作製
する最大長さαを有する2次元形状グレーティングにお
ける探針圧着工程の横方向の位置の誤差を△としたと
き、その焦点距離を表すα/(2tanθ1)が、つぎ
の条件を満たすように設定されていることを特徴とする
上記(1)〜(8)のいずれかに記載の探針。 ただし、y1は、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものと
する。 (10)前記グレーティングは、その最大長さが前記部
材の裾部に形成された探針台座部分間の長さより小さ
く、前記貫通孔の底面の最大長さよりも大きい長さを有
することを特徴とする上記(9)に記載の探針。 (11)前記グレーティングは、貫通孔内面の斜辺と探
針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角度をθ
2、貫通孔の底面の最大長さをβとするとき、探針下部
に作製する最大長さα、集光角度θ1を有する2次元形
状グレーティングの焦点距離における探針圧着工程の縦
方向の位置の誤差を△としたとき、その焦点距離を表す
α/(2tanθ1)が、つぎの条件を満たすように設
定されていることを特徴とする上記(1)〜(8)のい
ずれかに記載の探針。 ただし、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものを
1とし、このy1が最小となるようなα/(2tanθ
1)の値をZ1とする。 (12)前記グレーティングが、複数のグレーティング
を並べた集合体により構成されていることを特徴とする
上記(9)〜(11)のいずれかに記載の探針。 (13)前記グレーティングが、複数のグレーティング
の重ね合わせ部分をずらして配置することにより構成さ
れていることを特徴とする上記(9)〜(11)のいず
れかに記載の探針。 (14)前記貫通孔は、その内面が反射による集光作用
を有することを特徴とする上記(1)〜(13)のいず
れかに記載の探針。 (15)錐状の光学的貫通孔が形成された部材を、該部
材の下方に位置する導波路層を備えた部材に転写し、探
針を作製する探針の製造方法において、前記導波路層の
表面にグレーティングを形成するに際して、該導波路層
のグレーティング形成面に、探針内の球面波と導波路層
内の平面波とを干渉させてなる干渉パターンを投影し、
該干渉パターンをグレーティングパターンとしてパター
ニングすることを特徴とする探針の製造方法。 (16)前記グレーティングパターンが、つぎの条件式
を満たすことを特徴とする上記(15)に記載の探針の
製造方法。 ここで、 m:整数。 α:グレーティングの最大長さ。 θ1:はグレーティングから導かれた光の集光角度。 ただし、αは略貫通孔内部の底面である二次元図形の最
大長さとし、θ1は略貫通孔内面の角度とする。x軸は
導波路層内の平面波の導波方向にとり、導波路層内にx
軸と垂直にy軸をとる。x,y軸に垂直にz軸をとる。
グレーティングの焦点からxy平面に降ろした垂線の足
を座標軸の原点にとる。 λ:入射光の波長。 n1:導波路層の屈折率 n2:貫通孔内部の屈折率。 (17)前記貫通孔を、略四角錐に形成することを特徴
とする上記(15)または上記(16)に記載の探針の
製造方法。 (18)前記略四角錐の貫通孔を、Siの結晶軸異方性
エッチングによって形成することを特徴とする上記(1
7)に記載の探針の製造方法。 (19)前記貫通孔を、略三角錐に形成することを特徴
とする上記(15)または上記(16)に記載の探針の
製造方法。 (20)前記略三角錐の貫通孔を、Si、GaΑs、G
aPをエッチングによって形成することを特徴とする上
記(19)に記載の探針の製造方法。 (21)前記貫通孔を、略円錐に形成することを特徴と
する上記(15)または上記(16)に記載の探針の製
造方法。 (22)前記略円錐の貫通孔を、Siをエッチングする
ことによって形成することを特徴とする上記(21)に
記載の探針の製造方法。 (23)前記グレーティングは、貫通孔内面の斜辺と探
針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角度をθ
2、貫通孔の底面の最大長さをβとし、探針下部に作製
する最大長さαを有する2次元形状グレーティングにお
ける探針圧着工程の横方向の位置の誤差を△としたと
き、その焦点距離を表すα/(2tanθ1)が、つぎ
の条件を満たすように設定することを特徴とする上記
(15)〜(22)のいずれかに記載の探針の製造方
法。ただし、y1は、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものと
する。 (24)前記グレーティングは、その最大長さが前記部
材の裾部に形成された探針台座部分間の長さより小さ
く、前記貫通孔の底面の最大長さよりも大きい長さに形
成することを特徴とする上記(23)に記載の探針の製
造方法。 (25)前記グレーティングは、貫通孔内面の斜辺と探
針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角度をθ
2、貫通孔の底面の最大長さをβとするとき、探針下部
に作製する最大長さα、集光角度θ1を有する2次元形
状グレーティングの焦点距離における探針圧着工程の縦
方向の位置の誤差を△としたとき、その焦点距離を表す
α/(2tanθ1)が、つぎの条件を満たすように設
定することを特徴とする上記(15)〜(22)のいず
れかに記載の探針の製造方法。ただし、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものを
1とし、このy1が最小となるようなα/(2tanθ
1)の値をZ1とする。 (26)前記グレーティングを、複数のグレーティング
を並べた集合体によって形成することを特徴とする上記
(23)〜(25)のいずれかに記載の探針の製造方
法。 (27)前記グレーティングを、複数のグレーティング
の重ね合わせ部分をずらして配置することによって形成
することを特徴とする上記(23)〜(25)のいずれ
かに記載の探針の製造方法。 (28)前記貫通孔に、その内面が反射による集光作用
を持たせるように形成することを特徴とする上記(1
5)〜(27)のいずれかに記載の探針の製造方法。 (29)上記(1)〜(14)のいずれかに記載の探
針、または上記(15)〜(28)のいずれかに記載の
探針の製造方法による探針を有することを特徴とするプ
ローブ。 (30)上記(29)に記載のプローブを有することを
特徴とする情報処理装置。 (31)上記(29)に記載のプローブを有することを
特徴とする表面観察装置。 (32)上記(29)に記載のプローブを有することを
特徴とする露光装置。 (33)上記(32)に記載の露光装置を用いて作製し
た光学素子。
In order to achieve the above object, the present invention provides a gas processing apparatus and a gas processing method configured as in the following (1) to (33). (1) In a probe provided with a member having a conical optical through hole and a waveguide layer located below the member, the probe is formed on the surface of the waveguide layer located below the member. A probe having a grating pattern obtained from an interference pattern of a spherical wave in the probe and a plane wave in the waveguide layer. (2) The probe according to (1) above, wherein the grating pattern satisfies the following conditional expression. here, m: integer. α: Maximum length of grating. θ1: is the converging angle of the light guided from the grating. Here, α is the maximum length of the two-dimensional figure that is the bottom surface inside the through hole, and θ1 is the angle of the inside surface of the through hole. The x axis is in the waveguide direction of the plane wave in the waveguide layer, and x is in the waveguide layer.
Take the y-axis perpendicular to the axis. The z axis is taken perpendicular to the x and y axes.
The foot of the perpendicular drawn from the focal point of the grating to the xy plane is taken as the origin of the coordinate axes. λ: wavelength of incident light. n 1 : Refractive index of the waveguide layer. n 2 : Refractive index inside the through hole. (3) The probe according to (1) or (2), wherein the through-hole has a substantially quadrangular pyramid shape. (4) The probe according to (3) above, wherein the substantially quadrangular pyramid through hole is a through hole formed by Si crystal axis anisotropic etching. (5) The probe according to (1) or (2), wherein the through hole has a substantially triangular pyramid shape. (6) The through holes of the substantially triangular pyramid are made of Si, GaAls, Ga
The probe according to (5) above, wherein P is a through hole formed by etching. (7) The probe according to (1) or (2), wherein the through hole has a substantially conical shape. (8) The probe according to (7), wherein the substantially conical through hole is a through hole formed by etching Si. (9) In the grating, the angle between the hypotenuse of the inner surface of the through hole and the perpendicular line from the probe apex to the bottom surface of the through hole is θ.
2. When the maximum length of the bottom surface of the through hole is β and the lateral position error of the probe crimping process in the two-dimensional shape grating having the maximum length α to be produced under the probe is Δ, the focus is The probe according to any one of (1) to (8) above, wherein α / (2tan θ 1 ) representing a distance is set so as to satisfy the following condition. However, y 1 is Let the simultaneous equations of y be significant among the solutions solved for y. (10) The grating has a maximum length that is smaller than a length between probe pedestal portions formed at a hem of the member and larger than a maximum length of a bottom surface of the through hole. The probe according to (9) above. (11) In the grating, the angle formed by the hypotenuse of the inner surface of the through hole and the perpendicular line from the probe apex to the bottom surface of the through hole is θ.
2. When the maximum length of the bottom surface of the through hole is β, the maximum length α produced at the bottom of the probe and the focal length of the two-dimensional grating having the collection angle θ 1 Any of the above (1) to (8), wherein α / (2tan θ 1 ) representing the focal length is set so as to satisfy the following condition, where Δ is the position error. The described probe. However, Of the solutions obtained by solving the simultaneous equations of y with respect to y, the significant one is defined as y 1, and α / (2 tan θ that minimizes this y 1
Let the value of 1 ) be Z 1 . (12) The probe according to any one of the above (9) to (11), wherein the grating is composed of an aggregate of a plurality of gratings arranged. (13) The probe according to any one of the above (9) to (11), wherein the grating is configured by arranging a plurality of overlapping portions of the grating with a shift. (14) The probe according to any one of the above (1) to (13), wherein an inner surface of the through hole has a condensing effect by reflection. (15) In the method of manufacturing a probe, wherein a member having a conical optical through hole is transferred to a member provided below the member and provided with a waveguide layer to manufacture the probe, the waveguide is provided. When forming a grating on the surface of the layer, on the grating formation surface of the waveguide layer, an interference pattern formed by causing a spherical wave in the probe to interfere with a plane wave in the waveguide layer,
A method of manufacturing a probe, wherein the interference pattern is patterned as a grating pattern. (16) The method for manufacturing a probe as set forth in (15), wherein the grating pattern satisfies the following conditional expression. here, m: integer. α: Maximum length of grating. θ1: is the converging angle of the light guided from the grating. Here, α is the maximum length of the two-dimensional figure that is the bottom surface inside the through hole, and θ1 is the angle of the inside surface of the through hole. The x axis is in the waveguide direction of the plane wave in the waveguide layer, and x is in the waveguide layer.
Take the y-axis perpendicular to the axis. The z axis is taken perpendicular to the x and y axes.
The foot of the perpendicular drawn from the focal point of the grating to the xy plane is taken as the origin of the coordinate axes. λ: wavelength of incident light. n 1 : Refractive index of the waveguide layer n 2 : Refractive index inside the through hole. (17) The method for manufacturing a probe according to the above (15) or (16), characterized in that the through hole is formed into a substantially quadrangular pyramid. (18) The through hole of the substantially quadrangular pyramid is formed by Si crystal axis anisotropic etching.
The method for manufacturing a probe according to 7). (19) The method for manufacturing a probe according to the above (15) or (16), wherein the through hole is formed in a substantially triangular pyramid. (20) The substantially triangular pyramid through-hole is made of Si, GaA, G
The method for manufacturing a probe according to (19) above, wherein the aP is formed by etching. (21) The method for manufacturing a probe according to the above (15) or (16), wherein the through hole is formed in a substantially conical shape. (22) The method for manufacturing a probe according to the above (21), wherein the substantially conical through hole is formed by etching Si. (23) In the grating, the angle between the hypotenuse of the inner surface of the through hole and the perpendicular line from the probe apex to the bottom surface of the through hole is θ.
2. When the maximum length of the bottom surface of the through hole is β and the lateral position error of the probe crimping process in the two-dimensional shape grating having the maximum length α to be produced under the probe is Δ, the focus is The method for manufacturing a probe according to any one of (15) to (22) above, wherein α / (2tan θ 1 ) representing a distance is set so as to satisfy the following condition. However, y 1 is Let the simultaneous equations of y be significant among the solutions solved for y. (24) The grating is formed such that the maximum length thereof is smaller than the length between the probe pedestal portions formed at the hem of the member and larger than the maximum length of the bottom surface of the through hole. The method for manufacturing a probe according to (23) above. (25) In the grating, the angle formed by the hypotenuse of the inner surface of the through hole and the perpendicular line from the probe apex to the bottom surface of the through hole is θ.
2. When the maximum length of the bottom surface of the through hole is β, the maximum length α produced at the bottom of the probe and the focal length of the two-dimensional grating having the collection angle θ 1 When the position error is Δ, α / (2 tan θ 1 ) representing the focal length is set so as to satisfy the following condition. (15) to (22) above Method of manufacturing probe. However, Of the solutions obtained by solving the simultaneous equations of y with respect to y, the significant one is defined as y 1, and α / (2 tan θ that minimizes this y 1
Let the value of 1 ) be Z 1 . (26) The method for manufacturing a probe according to any one of the above (23) to (25), characterized in that the grating is formed by an aggregate in which a plurality of gratings are arranged. (27) The method for manufacturing a probe according to any one of (23) to (25), wherein the grating is formed by arranging a plurality of overlapping portions of the grating so as to be offset from each other. (28) The through hole is formed so that the inner surface thereof has a condensing function by reflection.
5) The method for manufacturing a probe according to any one of (27). (29) The present invention is characterized by having the probe according to any one of (1) to (14) above or the probe manufactured by the method for manufacturing a probe according to any one of (15) to (28) above. probe. (30) An information processing device comprising the probe according to (29) above. (31) A surface observation apparatus having the probe according to (29) above. (32) An exposure apparatus comprising the probe according to (29) above. (33) An optical element produced using the exposure apparatus according to (32) above.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】上記構成を適用することにより、
探針形状が分かっている場合、あるいは所望の集光特性
が決まっている場合等において、簡便にグレーティング
パターンを求めることが可能となり、逐一探針形状にあ
わせて設計する必要がなく、これにより作業効率を大幅
に向上させることができる。また、これにより、プロー
ブ作製プロセス中の探針圧着プロセスにおける圧着時の
縦方向及び横方向の圧着位置精度の誤差を許容できるグ
レーティングの形成が可能となり、生産効率が大幅に向
上し、歩留まりを改善することができる。またプローブ
作製工程に要求される精度の誤差を許容することが可能
となる。また、このようなグレーティングパターンを有
する構造を含む近接場光を検知または照射する探針、該
探針を有するプローブ、及び該プローブを有する情報処
理装置、表面観察装置、露光装置、該露光装置による光
学素子等を実現することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION By applying the above configuration,
When the shape of the probe is known, or when the desired condensing characteristics are determined, it is possible to easily obtain the grating pattern, and it is not necessary to design according to the shape of the probe one by one. The efficiency can be greatly improved. In addition, this makes it possible to form a grating that can tolerate errors in the vertical and horizontal crimping position accuracy during crimping in the probe crimping process during the probe manufacturing process, greatly improving production efficiency and improving yield. can do. Further, it becomes possible to allow an accuracy error required in the probe manufacturing process. In addition, a probe for detecting or irradiating near-field light including a structure having such a grating pattern, a probe having the probe, an information processing device having the probe, a surface observation device, an exposure device, and the exposure device Optical elements and the like can be realized.

【0008】以下に、本発明の実施の形態を図2、図
3、図4を用いて説明する。本発明のプローブを作製す
る方法から説明する。まず、第一の基板として基板1を
用意する。この基板1はSiやGaΑs、GaPなどが
好ましいがこの限りではない。この基板1に錐状の窪み
2を作る(図2(a))。この方法としては、例えばS
iなどでは結晶軸異方性エッチング等の手法があるがこ
の限りではない。次に、基板1に二酸化シリコンの膜3
を作製した後、遮光物質を成膜して遮光層4をつくる
(図2(b))。遮光物質としてはΑuやPtなどが好
ましいがこの限りではない。さらにこの遮光層をフォト
リソグラフィー等の手法を用いてパターニングする。こ
れにより基板1に探針5が作製される(図2(c))。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2, 3 and 4. The method for producing the probe of the present invention will be described. First, the substrate 1 is prepared as the first substrate. The substrate 1 is preferably made of Si, GaAls, GaP or the like, but is not limited thereto. A conical recess 2 is formed in this substrate 1 (FIG. 2A). As this method, for example, S
For i and the like, there is a method such as crystal axis anisotropic etching, but the method is not limited to this. Next, a silicon dioxide film 3 is formed on the substrate 1.
Then, the light-shielding substance is formed into a film to form the light-shielding layer 4 (FIG. 2B). The light-shielding substance is preferably Au or Pt, but is not limited thereto. Further, this light shielding layer is patterned by using a method such as photolithography. As a result, the probe 5 is manufactured on the substrate 1 (FIG. 2C).

【0009】一方で、第二の基板として、上記探針を転
写する対象となる被転写物として表面に窒化シリコン膜
6を成膜してある基板7を用意しておく(図3
(a))。この基板はSiやGaΑs、GaPなどが好
ましいがこの限りではない。基板7に遮光物質を成膜し
て遮光層8を作る。遮光物質としてはΑuやPtなどが
好ましいがこの限りではない。次に導波路層9を成膜す
る。導波路層9としてはSiO 2やSU8などの透明樹脂
等が好ましいがこの限りではない。さらに、この導波路
層9をフォトリソグラフィー等の手法を用いてパターニ
ングする。
On the other hand, as the second substrate, the probe is rotated.
Silicon nitride film on the surface as the transferred material to be copied
A substrate 7 having a film 6 formed thereon is prepared (see FIG. 3).
(A)). This substrate is preferably Si, GaAls, GaP, etc.
This is not the case, though. Form a light-shielding material on the substrate 7
To form the light shielding layer 8. Examples of light-shielding substances include Au and Pt
Preferred, but not limited to this. Next, the waveguide layer 9 is formed.
It SiO for the waveguide layer 9 2And SU8Transparent resin such as
Etc. are preferable but not limited to this. Furthermore, this waveguide
The layer 9 is patterned using a technique such as photolithography.
To run.

【0010】次に、遮光物質を成膜して遮光層10をつ
くる。遮光物質としてはΑuやPtなどが好ましいがこ
の限りではない。さらにこの遮光層10をフォトリソグ
ラフィー等の手法を用いてパターニングする。このと
き、導波路層表面のうち基板1の探針5が転写される部
分だけ遮光層に開口11を開けておき露出させる(図3
(b))。そして露出している導波路層表面にグレーテ
ィング12を刻む(図3(c))。手法としてはFIB
やEB、ファイバープローブ露光等があるが、この限り
ではない。
Next, a light shielding material is formed into a film to form a light shielding layer 10. The light-shielding substance is preferably Au or Pt, but is not limited thereto. Further, the light shielding layer 10 is patterned by using a method such as photolithography. At this time, only the portion of the surface of the waveguide layer to which the probe 5 of the substrate 1 is transferred is opened to expose the opening 11 in the light shielding layer (FIG. 3).
(B)). Then, the grating 12 is engraved on the exposed surface of the waveguide layer (FIG. 3C). The method is FIB
, EB, fiber probe exposure, etc., but not limited to this.

【0011】次に、上記第一の基板である基板1に作製
しておいた探針を、上記第二の基板である基板7の開口
部分の上に圧着、剥離により転写する(図4(a))。
転写はそれぞれの基板を真空チャック等により保持でき
るアライメント装置を用い、基板1の探針部分と基板7
の導波路層の表面に成膜された遮光層の開口部分とを位
置合わせした上で接触させさらに荷重を加えることで行
なう。次に探針先端部に微小開口をドライエッチング等
の手法を用いて作成するが、作成方法はこの限りではな
い(図4(b))。そしてレバー化処理を施した(図4
(c))。
Next, the probe formed on the substrate 1 which is the first substrate is transferred onto the opening portion of the substrate 7 which is the second substrate by pressure bonding and peeling (see FIG. 4 ( a)).
For the transfer, an alignment device capable of holding each substrate by a vacuum chuck or the like is used.
This is performed by aligning the opening portion of the light-shielding layer formed on the surface of the waveguide layer with the opening portion, contacting the opening portion, and further applying a load. Next, a minute opening is formed at the tip of the probe by using a method such as dry etching, but the forming method is not limited to this (FIG. 4B). Then, lever treatment was applied (Fig. 4).
(C)).

【0012】このようにして、先端に微小開口を有し、
探針下部の導波路層表面にグレーティングを有するプロ
ーブを作製した。ここで、上記作製工程中に記載のグレ
ーティング及び圧着操作について説明する。グレーティ
ングのパターンは探針形状に応じた設計がその都度なさ
れなければならなかった。しかしながら、ここでは探針
内部の底辺部分の最大長さと探針内面の角度に適したグ
レーティングを作製したい場合、グレーティングの形状
と所望の集光角度から以下の式でそのグレーティングパ
ターンを求める。
In this way, the tip has a minute opening,
A probe having a grating on the surface of the waveguide layer under the probe was prepared. Here, the grating and pressure bonding operations described in the above manufacturing process will be described. The grating pattern had to be designed each time according to the probe shape. However, here, when it is desired to manufacture a grating suitable for the maximum length of the bottom part inside the probe and the angle of the inner surface of the probe, the grating pattern is obtained from the following formula from the shape of the grating and the desired focusing angle.

【0013】グレーティングパターンを求める基本的な
考え方は、探針内の球面波と導波路層内の平面波を干渉
させ、その干渉パターンをグレーティング作製面に投影
するというものである。
The basic idea of obtaining the grating pattern is to cause a spherical wave in the probe and a plane wave in the waveguide layer to interfere with each other and project the interference pattern onto the grating production surface.

【0014】ここで、図1のようにx,y,z軸を設定
したとき、探針内の球面波の式は、つぎのように表すこ
とができる。 また、導波路層内の平面波の式は と表せる。ただし、rはグレーティングの集光位置
(0,0,Z0)からの距離である。これらの作る干渉
パターンは、 より求められ、これらを解いて以下の式となる。 ここで である。また、mは整数、n1、n2はそれぞれ導波路
層、貫通孔内部の屈折率である。
Here, when the x, y, and z axes are set as shown in FIG. 1, the formula of the spherical wave in the probe can be expressed as follows. Also, the equation for the plane wave in the waveguide layer is Can be expressed as However, r is the distance from the focusing position (0, 0, Z 0 ) of the grating. These interference patterns are It is obtained more, and these are solved to obtain the following equation. here Is. Further, m is an integer, and n 1 and n 2 are refractive indexes inside the waveguide layer and the through hole, respectively.

【0015】ここで、探針内部の空間の形状が決まって
いる場合、グレーティングの焦点が来るべき空間的位
置、持つべき性状について考える。グレーティングは探
針内の球面波と導波路層内の平面波の干渉パターンとし
て求め、これは双曲線になる。このとき前述の球面波の
中心がこのグレーティングの焦点位置になる。このとき
回折限界により焦点位置での集光スポットの大きさは有
限の値を持ち、その大きさはガウシアンビームの性質よ
り、 程度である。NAはガウシアンビームが持つ開口数を表
している。ただし、貫通孔内面での内面反射の効果によ
り、微小開口近傍の上記ビーム径よりも狭い領域におい
て電界強度が強まるスポットを形成することが可能であ
る。これは焦点とは異なるがこのスポットの強度も発生
する近接場光の強度に影響するため、この貫通孔内面で
の反射による集光効果を利用することが望ましい。
Here, when the shape of the space inside the probe is determined, the spatial position where the focal point of the grating should come and the property to have will be considered. The grating is obtained as an interference pattern of a spherical wave in the probe and a plane wave in the waveguide layer, which becomes a hyperbola. At this time, the center of the spherical wave described above becomes the focal position of this grating. At this time, the size of the focused spot at the focus position has a finite value due to the diffraction limit, and its size is determined by the nature of the Gaussian beam. It is a degree. NA represents the numerical aperture of the Gaussian beam. However, due to the effect of the inner surface reflection on the inner surface of the through hole, it is possible to form a spot in which the electric field strength is increased in a region near the minute aperture and narrower than the beam diameter. This is different from the focus, but since the intensity of this spot also affects the intensity of the near-field light that is generated, it is desirable to utilize the condensing effect by reflection on the inner surface of this through hole.

【0016】また、圧着工程での精度の検討も必要であ
る。探針圧着工程での横方向の位置合わせはアライメン
ト装置を用いて行なうが、アライメント精度がΔである
場合焦点位置でのビーム径がΔよりも小さく絞られてい
ると探針頂点の微小開口付近での近接場光の発生効率が
低下する恐れがある。そこで、圧着工程での横位置の誤
差による光の減少分を50%以下に留めるために、グレ
ーティングから導かれた光のビーム径を貫通孔内部でビ
ームが貫通孔内面にあたるときのビーム径をΔ〜√2×
Δに広げておく。これにより圧着精度に対する要求が低
減され生産効率、生産速度、歩留まりが向上する。よっ
て、グレーティングの集光角度を貫通孔内面の斜辺の角
度に対して補正することが必要になる。
It is also necessary to examine the accuracy in the crimping process. The alignment in the lateral direction in the probe crimping process is performed using an alignment device, but if the alignment accuracy is Δ and the beam diameter at the focus position is narrowed to less than Δ, the vicinity of the minute aperture at the apex of the probe There is a possibility that the efficiency of generating near-field light at the point of time may decrease. Therefore, in order to keep the light reduction due to the lateral position error in the crimping process to 50% or less, the beam diameter of the light guided from the grating is set to Δ when the beam hits the inner surface of the through hole inside the through hole. ~ √2 ×
Spread to Δ. As a result, the requirement for crimping accuracy is reduced, and production efficiency, production speed, and yield are improved. Therefore, it is necessary to correct the light collecting angle of the grating with respect to the angle of the hypotenuse of the inner surface of the through hole.

【0017】このとき最適な性能を有するグレーティン
グを得るには、図12に示すように、貫通孔内面の斜辺
と探針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角度
をθ 2、貫通孔の底面の最大長さをβとし、探針下部に
作製する最大長さαを有する2次元形状グレーティング
における探針圧着工程の横方向の位置の誤差を△とした
とき、その焦点距離を表すα/(2tanθ1)が、つ
ぎの式を満たすように設定されていることが必要であ
る。すなわち、 ただし という連立方程式yについて解いた解のうち有意なもの
をy1としたときに と成るようなα/(2tanθ1)を設定すればよい。
At this time, the grating having the optimum performance
As shown in FIG. 12, the oblique side of the inner surface of the through hole
Angle between the probe apex and the vertical line on the bottom of the through hole
Θ 2, The maximum length of the bottom of the through hole is β,
Two-dimensional shape grating having maximum length α to be manufactured
The error in the lateral position of the probe crimping process in
Then, α / (2tan θ representing the focal length1)
Must be set to satisfy the
It That is, However Significant solution solved for simultaneous equation y
When y1 Such that α / (2 tan θ1) Should be set.

【0018】このときグレーティングは、2次元図形で
ありその最大長さはαであるとする。2次元図形とは
円、楕円、多角形などを平面上に作製される図形のうち
面積をもっているものをさし、最大長さは図5で示すも
のを考える。また、圧着工程における横位置誤差に対す
る光量減少の対策としては、前述のグレーティングの集
光角度を操作することに加えて作製するグレーティング
の最大長さを、貫通孔底面の最大長さより大きく且つ圧
着する探針の裾よりも小さくしておく(図6)ことが効
果的である。
At this time, the grating is a two-dimensional figure and its maximum length is α. The two-dimensional figure refers to a figure having an area among figures produced on a plane such as a circle, an ellipse, and a polygon, and the maximum length is as shown in FIG. Further, as a measure for reducing the amount of light with respect to the lateral position error in the crimping process, in addition to manipulating the focusing angle of the above-mentioned grating, the maximum length of the grating to be manufactured is larger than the maximum length of the bottom surface of the through hole and crimped. It is effective to make it smaller than the hem of the probe (FIG. 6).

【0019】また、縦方向の位置精度について検討す
る。圧着工程での圧着力を厳密に一定にすることは非常
に困難であり、そのため圧着時に探針が導波路層に沈み
込む深さにもある程度のばらつきが出る。その結果、グ
レーティング面から探針頂点までの距離にもばらつきが
出る。よって、グレーティングが作る焦点と探針頂点と
の位置関係が探針毎に異なるために探針頂点近傍の微小
開口に生じる近接場光の強度も探針ごとに一定に保つこ
とが出来ない。
The positional accuracy in the vertical direction will be examined. It is very difficult to keep the crimping force in the crimping process strictly constant, and therefore, there is some variation in the depth at which the probe sinks into the waveguide layer during crimping. As a result, the distance from the grating surface to the probe apex also varies. Therefore, since the positional relationship between the focus formed by the grating and the probe apex differs for each probe, the intensity of near-field light generated in the minute aperture near the probe apex cannot be kept constant for each probe.

【0020】ところが、グレーティングの集光角度を以
下に述べるように設定した場合、探針頂点付近の微小開
口から発生する近接場光強度に対する圧着時の縦方向の
位置精度の影響は非常に少なくなる。これは探針頂点近
傍の光の進行方向に垂直な探針内部の断面形状の最大長
さがビーム径よりも小さくなるような領域に設定してお
くことに相当する。よってこの領域の大きさ程度の縦方
向の誤差を許容できる。そのようなグレーティングの集
光角度θ1は、つぎのように式で表すことができる。 ただし と表される連立方程式をyについて解いた解のうち有意
なものをy1とし、このy1が最小となるようなθ1の値
をγとする。第一式は探針の内面を記述する式、第二式
はガウシアンビームのビーム径の式である。これらの式
ではy軸を探針内の光の伝播方向にとり、これと垂直に
x軸を定めた。このとき、 を満たす角度として表される。
However, when the focusing angle of the grating is set as described below, the influence of the vertical position accuracy at the time of crimping on the near-field light intensity generated from the minute aperture near the apex of the probe becomes very small. . This corresponds to setting a region in which the maximum length of the cross-sectional shape inside the probe perpendicular to the light traveling direction near the apex of the probe is smaller than the beam diameter. Therefore, a vertical error of about the size of this region can be allowed. The converging angle θ 1 of such a grating can be expressed by the following equation. However Simultaneous equations represented as the y 1 things significant among the solutions solving for y, the value of such theta 1 as the y 1 is minimized and gamma. The first formula is a formula for describing the inner surface of the probe, and the second formula is a formula for the beam diameter of the Gaussian beam. In these equations, the y-axis is taken as the light propagation direction in the probe, and the x-axis is defined perpendicularly to this. At this time, It is expressed as an angle that satisfies

【0021】さらに、上記のような横方向の位置ずれ、
縦方向の位置ずれを許容するようなグレーティングの作
成方法としてはグレーティングを小さなグレーティング
の集合体として作製する手法や(図7(a))、複数の
グレーティングの重ね合わせとして記述する手法(図7
(b))などがある。これらの手法では、複数のグレー
ティングの集光角度や焦点位置を違えることにより擬似
的にビーム径を広げる効果やビームウェストを光の進行
方向に対して伸ばす効果があり(図7(c))、複数の
グレーティングの焦点を探針頂点近傍に配置することに
より発生する近接場光の光量の減少を抑制することがで
きる。
Further, the lateral displacement as described above,
As a method of creating a grating that allows positional displacement in the vertical direction, a method of manufacturing the grating as a set of small gratings (FIG. 7A) or a method of describing as a superposition of a plurality of gratings (FIG.
(B)) etc. These methods have the effect of artificially increasing the beam diameter by varying the converging angles and focal positions of a plurality of gratings and the effect of extending the beam waist in the traveling direction of light (FIG. 7C). It is possible to suppress a decrease in the amount of near-field light generated by disposing the focal points of a plurality of gratings near the probe apex.

【0022】[0022]

【実施例】以下に、本発明の実施例につい説明する。 [実施例1]本発明の実施例1は、Siの異方性エッチ
ングにより形成された錐状の貫通孔を有する部材と、該
部材を支持する支持体と、該支持体内部に設けられた導
波路層と、該導波路層の該部材の下方に位置する表面に
作製されたグレーティングとを有する探針を製造するた
めの探針製造方法に係るものである。本実施例によって
製造された探針は、例えば図8に示すように、探針を持
つ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、微小開口から出る近接場光が及
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。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. [Example 1] In Example 1 of the present invention, a member having a conical through hole formed by anisotropic etching of Si, a support for supporting the member, and a member provided inside the support were provided. The present invention relates to a probe manufacturing method for manufacturing a probe having a waveguide layer and a grating formed on a surface of the waveguide layer below the member. As shown in FIG. 8, for example, the probe manufactured according to the present embodiment introduces light directly from the end face of the waveguide layer having the probe or through an optical element such as a fiber, and the near field emitted from the minute aperture. It is used to expose a fine pattern by bringing the photoresist close to a distance covered by light.

【0023】図9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、以下これを用いて製造
方法を説明する。なお、本実施例で使用しているアライ
メント装置の圧着工程での横位置の誤差は探針内で形成
可能な最小ビーム径よりも小さいものとする。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the probe for irradiating a minute light according to this embodiment, and the manufacturing method will be described below by using this. It is assumed that the lateral position error in the crimping process of the alignment apparatus used in this embodiment is smaller than the minimum beam diameter that can be formed in the probe.

【0024】まず、第一基板13として面方位(10
0)の単結晶シリコンウエハを用意し、保護層14とし
てシリコン熱酸化膜を100nm形成した(図9
(a))。次に、保護層14の所望の箇所を、フォトリ
ソグラフィ及び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、一辺が10
μmの正方形のシリコンを露出した。
First, the plane orientation (10
0) single crystal silicon wafer was prepared, and a silicon thermal oxide film was formed to 100 nm as the protective layer 14 (FIG. 9).
(A)). Next, a desired portion of the protective layer 14 is patterned by photolithography and etching with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride, and one side is 10
The square silicon of μm was exposed.

【0025】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つの面で囲まれた深さ約7μmの逆ピラミッド状の
凹部15が形成された(図9(b)参照))。この際、
凹部15の4つの面それぞれと第一基板13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。
Next, the crystallographic axis anisotropic etching using an aqueous solution of potassium hydroxide was used to etch the silicon in the patterning portion using an aqueous solution of potassium hydroxide having a concentration of 30% and a liquid temperature of 90 ° C. By this step, an inverted pyramidal recess 15 having a depth of about 7 μm and surrounded by four planes equivalent to the (111) plane was formed (see FIG. 9B)). On this occasion,
The angle formed by each of the four surfaces of the recess 15 and the surface of the first substrate 13 was determined by the crystal orientation and was about 55 °.

【0026】次に保護層14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16とし
て二酸化シリコンを400nm堆積した。この方法によ
り凹部15は先端領域において先鋭化され、先端部の内
壁と第一基板13の表面とのなす角度はほぼ75°とな
った(図9(c))。次に、第一基板上13に金Αu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Αuを300nm真空
蒸着法により堆積した。これら3層を遮光層17とした
(図9(d))。次に、遮光層17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9
(e))。
Next, the protective layer 14 was removed with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride, and then thermally oxidized at 1000 ° C. using a mixed gas of hydrogen and oxygen to deposit 400 nm of silicon dioxide as a peeling layer 16. . By this method, the concave portion 15 was sharpened in the tip region, and the angle formed by the inner wall of the tip portion and the surface of the first substrate 13 was approximately 75 ° (FIG. 9C). Next, gold Au and platinum Pt were simultaneously deposited on the first substrate 13 by a vacuum vapor deposition method to have a thickness of 100 nm. Furthermore, platinum Pt was deposited to 50 nm by a vacuum evaporation method. Finally, gold Au was deposited by a 300 nm vacuum evaporation method. These three layers were used as the light shielding layer 17 (FIG. 9D). Next, the light shielding layer 17 was patterned by photolithography and etching (FIG. 9).
(E)).

【0027】次に、第二基板18として面方位(10
0)の単結晶シリコンウエハを用意し、第二基板18の
両面にマスク層19として窒化シリコンを250nm成
膜した(図10(a))。次に表面のマスク層19をフ
ォトリソグラフィーとエッチングによりV溝20を形成
した(図10(b))。次に真空蒸着法によりチタンT
iを5nm堆積した。さらに真空蒸着法により金Αu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
(Α)21とした。
Next, as the second substrate 18, the plane orientation (10
The single crystal silicon wafer of 0) was prepared, and silicon nitride was deposited to a thickness of 250 nm as the mask layer 19 on both surfaces of the second substrate 18 (FIG. 10A). Next, the V-groove 20 was formed in the mask layer 19 on the surface by photolithography and etching (FIG. 10B). Next, titanium T is deposited by vacuum deposition.
i was deposited to a thickness of 5 nm. Further, gold Au was deposited to 100 nm by a vacuum evaporation method. Lastly, platinum Pt was formed by vacuum deposition.
Of 50 nm was deposited. These three layers are collectively referred to as a light shielding layer (A) 21.

【0028】次に、導波路層22としてSU8を塗布し
パターニングした(図10(c))。次に真空蒸着法に
より白金Ptを50nm堆積した。さらに真空蒸着法に
より金Αuを100nm堆積した。これら2層を遮光層
(B)23とした。次に遮光層(Α)21と遮光層
(B)23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。さらにパターニングされ導波路層が
露出した開口部24に、10μm四方のグレーティング
を電子線加工装置にてパターニングした(図10
(d))。
Next, SU8 was applied and patterned as the waveguide layer 22 (FIG. 10C). Next, 50 nm of platinum Pt was deposited by the vacuum evaporation method. Further, gold Au was deposited to 100 nm by a vacuum evaporation method. These two layers were used as a light shielding layer (B) 23. Next, the light shielding layer (A) 21 and the light shielding layer (B) 23 were patterned by photolithography and etching. Further, a 10 μm square grating was patterned in the opening 24 where the waveguide layer was exposed by patterning with an electron beam processing apparatus (FIG. 10).
(D)).

【0029】また、導波路層表面に作製したグレーティ
ングパターンは、つぎの式で求められる。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 の連立方程式を計算し、有意な解が最小値を取るように
したときの値とした。
Further, the grating pattern formed on the surface of the waveguide layer is obtained by the following equation. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, The simultaneous equations of were calculated and used as the value when the significant solution takes the minimum value.

【0030】そして処理が終わった第一基板13に成膜
してある遮光層17と第二基板18の遮光層(B)23
を、第一基板13の凹部15の中心と第二基板18の遮
光層(B)23上にパターニングされた開口部24の中
心が同軸上にくるようにして圧着した(図11(a)参
照)。圧着により第一基板13上に形成されていた遮光
層17からなる探針部分が第二基板18上の遮光層
(B)23上に転写された(図11(b))。
The light-shielding layer 17 formed on the processed first substrate 13 and the light-shielding layer (B) 23 of the second substrate 18 are formed.
Was pressure-bonded so that the center of the recess 15 of the first substrate 13 and the center of the opening 24 patterned on the light-shielding layer (B) 23 of the second substrate 18 were coaxial with each other (see FIG. 11A). ). The probe portion formed of the light shielding layer 17 formed on the first substrate 13 by pressure bonding was transferred onto the light shielding layer (B) 23 on the second substrate 18 (FIG. 11B).

【0031】次に、TEOS(Tetraethylo
rthosilicate)とTMP(Trimeth
ylphosphate)とオゾンを用いてChemi
cal Vapor Deposition(CVD)
法により、形成温度350℃にて、第二基板18の表面
にりんガラス(PSG:Phospho−Silica
te glass)を100nm成膜し膜厚調整層25
とした(図11(c))。
Next, TEOS (Tetraethyl)
rthosilicate) and TMP (Trimeth)
Chemi using ylphosphonate) and ozone
cal vapor deposition (CVD)
Method, at the formation temperature of 350 ° C., phosphorus glass (PSG: Phospho-Silica) is formed on the surface of the second substrate 18.
te glass) to a film thickness of 100 nm and a film thickness adjusting layer 25
(FIG. 11C).

【0032】次に、遮光層17の頂点部に微小開口26
が形成されるように、アルゴンによるドライエッチング
により膜厚調整層25及び遮光層(Α)21、遮光層
(B)23をエッチングした(図11(d))。このあ
と、第二基板18の導波路層側表面にPIQなどの保護
層を成膜した後、第二基板18の異方性エッチングをし
たのち保護層を除去することで、レバー化処理を完了し
先端に微小開口を有する探針を作製した(図11
(e))。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、導波路層の表面のグ
レーティングにより探針内に導かれた。
Next, a minute opening 26 is formed at the top of the light shielding layer 17.
The film thickness adjusting layer 25, the light-shielding layer (A) 21 and the light-shielding layer (B) 23 were etched by dry etching with argon so that the film was formed (FIG. 11D). After that, after forming a protective layer such as PIQ on the surface of the second substrate 18 on the waveguide layer side, anisotropically etching the second substrate 18 and then removing the protective layer to complete the lever treatment. Then, a probe having a minute opening at the tip was manufactured (Fig. 11).
(E)). In use, light propagated through the waveguide layer in the second substrate, and when it reached the lower part of the probe, it was guided into the probe by the grating on the surface of the waveguide layer.

【0033】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安価で安全な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。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(図17,18)において、高分解能のSNOM像
を得ることができた。また記録の際の記録ピット径を小
さくすることの可能な情報処理装置(図20)を実現す
ることができ、その記録ピットは直径が100nmで記
録されていることが確認された。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(図19)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。
By the process shown in this example, a probe having a high near-field light generation efficiency could be manufactured using Si, which is an easy-to-process, inexpensive, and safe material. Also,
A high-resolution SNOM image could be obtained in the surface observation apparatus (FIGS. 17 and 18) using the probe using the probe according to this example. Further, it was possible to realize an information processing device (FIG. 20) capable of reducing the recording pit diameter at the time of recording, and it was confirmed that the recording pit was recorded with a diameter of 100 nm. It was also confirmed that the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus (FIG. 19) equipped with the probe using the probe according to the present example was manufactured with a grating pitch of 100 nm or less.

【0034】[実施例2]図13、図14は、本発明の
実施例2における略三角錐形の貫通孔を有する探針の作
成方法の工程を示す断面図であり、図15は作成した三
角錐状探針の斜視図である。微小探針は、図15に示す
ように3面で囲まれた三角錐形状をしている。
[Embodiment 2] FIGS. 13 and 14 are cross-sectional views showing the steps of a method of producing a probe having through holes of substantially triangular pyramid shape in Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 15 is produced. It is a perspective view of a triangular pyramid-shaped probe. The micro probe has a triangular pyramid shape surrounded by three faces as shown in FIG.

【0035】以下、本実施例の製造方法を図13、図1
4、図15を用いて説明する。図13、図14におい
て、マスク層となるシリコン窒化膜を低圧CVD(Lo
wPressure Chemical Vapour
Deposition)にて0.1μm形成した結
晶方位面が(100)のシリコンウエハを第一基板28
として用意する。フォトリソグラフィプロセスにより形
成したフォトレジストをマスクとして、シリコン窒化膜
の所望の箇所をCF4を用いた反応性イオンエッチング
によりエッチングし、正方形状のマスク層27を形成し
た。前記フォトレジストをマスクとして、第一基板をC
4及びO2の混合ガスによる反応性イオンエッチングに
より垂直に異方性エッチングし、図13(b)に示す正
方形の段差を形成した。この段差の高さは約8.7μm
であった。
Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS.
4 and FIG. In FIGS. 13 and 14, the silicon nitride film serving as the mask layer is formed by low pressure CVD (Lo
wPressure Chemical Vapor
The first substrate 28 is a silicon wafer whose crystal orientation plane is (100) and which is formed by 0.1
Prepare as. Using the photoresist formed by the photolithography process as a mask, a desired portion of the silicon nitride film was etched by reactive ion etching using CF 4, to form a square mask layer 27. Using the photoresist as a mask, the first substrate is C
Vertical anisotropic etching was performed by reactive ion etching using a mixed gas of F 4 and O 2 to form a square step shown in FIG. The height of this step is about 8.7 μm
Met.

【0036】この後、フォトレジストを除去し、酸化ガ
スにより熱酸化して保護層29を形成した(図13
(c))。図13(a)にその上面図を示す。図13
(b)〜(d)は前記した上面図のΑ−Α断面図となっ
ている。次にマスク層27をCF4による反応性エッチ
ングにより除去した後に、第一基板28を濃度27%の
水酸化カリウム(KOH)水溶液にて液温度80℃で結
晶軸異方性エッチングを行い、図13(d)に示す(1
11)を斜面とする凸部30を形成した。
After that, the photoresist is removed, and the protective layer 29 is formed by thermal oxidation with an oxidizing gas (FIG. 13).
(C)). The top view is shown in FIG. FIG.
(B) to (d) are sectional views taken along the line A-A in the above-mentioned top view. Next, after removing the mask layer 27 by reactive etching with CF 4 , the first substrate 28 is subjected to crystal axis anisotropic etching at a liquid temperature of 80 ° C. with a 27% aqueous potassium hydroxide (KOH) solution. 13 (d) shows (1
The convex portion 30 having the slope 11) was formed.

【0037】次に、保護層29をHF水溶液によりエッ
チング除去したあとに、凸部30を形成した第一基板2
8を、酸化ガスにより熱酸化して二酸化シリコンよりな
る剥離層31を形成した(図14(e))。次に、この
凸部30を有する第一基板28の剥離層31上にCrを
1000Åを真空蒸着法により薄膜堆積し、該第一基板
を鍍金浴である硫酸銅浴に浸し、鍍金法によりCr上に
Cuを200μm成膜し支持層32を形成した(図14
(f))。
Next, after the protective layer 29 is removed by etching with an HF aqueous solution, the first substrate 2 having the protrusions 30 formed thereon is formed.
8 was thermally oxidized with an oxidizing gas to form a peeling layer 31 made of silicon dioxide (FIG. 14 (e)). Next, a thin film of 1000 Å of Cr is deposited on the peeling layer 31 of the first substrate 28 having the protrusions 30 by a vacuum vapor deposition method, the first substrate is immersed in a copper sulfate bath which is a plating bath, and Cr is deposited by the plating method. A Cu film having a thickness of 200 μm was formed thereon to form a support layer 32 (FIG. 14).
(F)).

【0038】硫酸銅浴の温度は30℃で電流密度5Α/
cm2とした。次に第一基板28を濃度27%の水酸化
カリウム(KOH)水溶液にて液温度90℃でエッチン
グし、凹部33を有する支持層32と剥離層31からな
る微小探針用の雌型基板を形成した(図14(g))。
この後に微小探針材料となるPtを真空蒸着法により3
000Å成膜し、フォトリソグラフィーとエッチングに
よりパターン形成を行い探針材料層34を形成した(図
14(h))。
The temperature of the copper sulfate bath is 30 ° C. and the current density is 5A /
It was set to cm 2 . Next, the first substrate 28 is etched with a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution having a concentration of 27% at a liquid temperature of 90 ° C. to form a female substrate for a microprobe including a supporting layer 32 having a recess 33 and a peeling layer 31. Formed (FIG. 14 (g)).
After that, Pt, which is a material for the microprobe, is deposited by vacuum deposition to 3
A 000Å film was formed, and a pattern was formed by photolithography and etching to form a probe material layer 34 (FIG. 14 (h)).

【0039】この後の工程は実施例1の図11以降の工
程に準ずるものである。また、導波路層表面に作製した
グレーティングパターンは、つぎの式で求められる。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形、 を用いて、 ただし、 の連立方程式を計算し、有意な解が最小値を取るように
したときの値とした。
The subsequent steps are similar to those of the first embodiment shown in FIG. Further, the grating pattern formed on the surface of the waveguide layer is obtained by the following formula. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, The simultaneous equations of were calculated and used as the value when the significant solution takes the minimum value.

【0040】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安価で安全な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。このプ
ロセスにより略三角錐の探針を有するプローブを作製す
ることが出来た(図15)。この形状により、探針先端
部分の頂点が1点ではなく2点になってしまう探針がな
くなり、良好な形状の探針の生産の歩留まりが向上し
た。
By the process shown in this example, a probe having a high near-field light generation efficiency could be manufactured by using Si, which is an easy-to-process, inexpensive, and safe material. By this process, a probe having a substantially triangular pyramid probe could be manufactured (FIG. 15). With this shape, there is no probe in which the apex of the tip of the probe has two vertices instead of one, and the yield of production of a probe with a good shape is improved.

【0041】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(図17、図18)において、
高分解能のSNOM像を得ることができた。また記録の
際の記録ピット径を小さくすることの可能な情報処理装
置(図20)を実現することができ、その記録ピットは
直径が100nmで記録されていることが確認された。
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(図19)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。
Further, in the surface observation apparatus (FIGS. 17 and 18) using the probe using the probe according to this embodiment,
A high-resolution SNOM image could be obtained. Further, it was possible to realize an information processing device (FIG. 20) capable of reducing the recording pit diameter at the time of recording, and it was confirmed that the recording pit was recorded with a diameter of 100 nm.
Further, the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus (FIG. 19) equipped with the probe using the probe according to the present embodiment has a wavelength of 100 nm.
It was confirmed that the grating was manufactured with the following grating pitch.

【0042】[実施例3]図21は、本発明の実施例3
における略三角錐状の貫通孔を有する探針の製造方法の
工程の断面図である。図21において、まず、表面に保
護層2002として二酸化シリコンがスパッタ成膜され
ている結晶方位面が(111)B面のGaAs基板を第
一基板2001として用意する(図21(a))。フォ
トリソグラフィープロセスにより形成したフォトレジス
トをマスクとして、二酸化シリコン膜の所望の箇所をH
F水溶液によりエッチングし、1辺が10μmの正三角
形状のGaAsを露出した。
[Third Embodiment] FIG. 21 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a step of the method for manufacturing the probe having the substantially triangular pyramid-shaped through hole in FIG. In FIG. 21, first, a GaAs substrate having a (111) B-plane crystal orientation surface on which silicon dioxide is sputtered as a protective layer 2002 is prepared as a first substrate 2001 (FIG. 21A). Using the photoresist formed by the photolithography process as a mask, the desired portion of the silicon dioxide film is exposed to H
Etching was performed with an aqueous solution of F to expose GaAs in the shape of a regular triangle with one side of 10 μm.

【0043】次に、Br2エタノール溶液等を用いて異
方性エッチングを行い3つの等価な(111)A面で囲
まれた逆三角錐状の凹部2003を形成した(図21
(b))。図21(f)は第一基板2001に逆三角錐
状の凹部を形成した際の上面図である。このとき、凹部
2003の3つの面と第一基板2001の表面とのなす
角度は結晶方位によって決まり、ほぼ70°であった。
Next, anisotropic etching was performed using a Br 2 ethanol solution or the like to form an inverted triangular pyramidal recess 2003 surrounded by three equivalent (111) A planes (FIG. 21).
(B)). FIG. 21F is a top view of the case where an inverted triangular pyramidal recess is formed on the first substrate 2001. At this time, the angle formed by the three surfaces of the recess 2003 and the surface of the first substrate 2001 was determined by the crystal orientation and was about 70 °.

【0044】次に、保護層2002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、剥離層20
04としてCrを400nmスパッタしその表面を大気
中にさらして酸化した(図21(c))。剥離層200
4としてはこの他二酸化シリコンなども好ましいが、剥
離層を設けなくても良い。
Next, after removing the protective layer 2002 with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride, the peeling layer 20 is removed.
As 04, 400 nm of Cr was sputtered, and the surface thereof was exposed to the atmosphere to be oxidized (FIG. 21 (c)). Release layer 200
Other than this, silicon dioxide is also preferable as 4, but a peeling layer may not be provided.

【0045】次に、第一基板2001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10
0nmとした。さらに白金Ptを真空蒸着法により50
nm堆積した。最後に金Auを300nm堆積した。こ
れら3層を遮光層2005とした(図21(d))。そ
して遮光層2005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21(e))。
Next, gold Au and platinum Pt are simultaneously deposited on the first substrate 2001 by a vacuum vapor deposition method to have a thickness of 10
It was set to 0 nm. Furthermore, platinum Pt is added by vacuum deposition to 50
nm deposited. Finally, gold Au was deposited to a thickness of 300 nm. These three layers were used as a light shielding layer 2005 (FIG. 21 (d)). Then, the light shielding layer 2005 was patterned by photolithography and etching (FIG. 21E).

【0046】この後の工程は実施例1の図10の工程に
準ずる。以下には本実施例で形成したグレーティングパ
ターンを説明する。また、導波路層表面に作製したグレ
ーティングパターンは、つぎの式で求められる。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 の連立方程式を計算し、有意な解が最小値を取るように
したときの値とした。
The subsequent steps are similar to those of FIG. 10 of the first embodiment. The grating pattern formed in this embodiment will be described below. Further, the grating pattern formed on the surface of the waveguide layer is obtained by the following formula. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, The simultaneous equations of were calculated and used as the value when the significant solution takes the minimum value.

【0047】本実施例に示したプロセスによりGaAs
という加工しやすく安価な材料を用いて近接場光の発生
効率が高いプローブを作製することが出来た。このプロ
セスにより略正三角錐の探針を有するプローブを作製す
ることが出来た。この探針内を進む光の光軸に対し対称
な形状により、探針先端部分の頂点が1点ではなく2点
になってしまう探針がなくなり、良好な形状の探針の生
産の歩留まりが向上した。さらに探針内を導波する光の
モードが整うため発生する近接場光の空間プロファイル
も小さくなった。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(図17、図18)におい
て、高分解能のSNOM像を得ることができた。また記
録の際の記録ピット径を小さくすることの可能な情報処
理装置(図20)を実現することができ、その記録ピッ
トは直径が100nmで記録されていることが確認され
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(図19)により作製した回折格子は100
nm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。
By the process shown in this embodiment, GaAs
It was possible to fabricate a probe with high near-field light generation efficiency using an inexpensive material that is easy to process. By this process, a probe having a probe having a substantially regular triangular pyramid could be manufactured. Due to the symmetrical shape with respect to the optical axis of the light traveling inside the probe, there is no probe in which the tip of the probe has two vertices instead of one point, and the yield of the production of a probe with a good shape is reduced. Improved. Furthermore, the spatial profile of the near-field light generated because the mode of the light guided in the probe is adjusted also becomes smaller. Further, a high-resolution SNOM image could be obtained in the surface observation apparatus (FIGS. 17 and 18) using the probe using the probe according to this example. Further, it was possible to realize an information processing device (FIG. 20) capable of reducing the recording pit diameter at the time of recording, and it was confirmed that the recording pit was recorded with a diameter of 100 nm. Further, the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus (FIG. 19) equipped with the probe using the probe according to the present embodiment is 100
It was confirmed that the grating pitch was less than nm.

【0048】[実施例4]図16は、本発明の実施例4
における略円錐状の貫通孔を有する探針の製造方法の工
程の断面図である。図16において、まず、酸化ガスに
より熱酸化して形成した二酸化シリコン膜が形成された
結晶方位面が(100)のシリコンウエハを第一基板3
5として用意する。フォトリソグラフィープロセスによ
り形成したフォトレジストをマスクとして、二酸化シリ
コン膜の所望の箇所をHF水溶液によりエッチングし、
酸化シリコン膜からなる直径10μmφのマスク層36
を形成した(図16(a))。
[Fourth Embodiment] FIG. 16 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a step of the method for manufacturing the probe having the substantially conical through hole in FIG. In FIG. 16, first, a silicon wafer having a crystal orientation plane (100) on which a silicon dioxide film formed by thermal oxidation with an oxidizing gas is formed is a first substrate 3
Prepare as 5. Using the photoresist formed by the photolithography process as a mask, a desired portion of the silicon dioxide film is etched with an HF aqueous solution,
Mask layer 36 made of a silicon oxide film and having a diameter of 10 μmφ
Was formed (FIG. 16 (a)).

【0049】次に、SF6/C2ClF5を用いたプラズ
マエッチングにより第一基板35を、マスク層36下部
のシリコンが頂点を持つまでアンダーカットするように
等方性エッチングし、HF水溶液によりマスク層36を
除去して図16(b)の凸部37を形成した。前記凸部
は略円錐形の形状となり高さは8.7μmであった。
Next, the first substrate 35 is isotropically etched by plasma etching using SF 6 / C 2 ClF 5 so that the silicon under the mask layer 36 has an apex until it has an apex. The mask layer 36 was removed to form the convex portion 37 of FIG. The protrusion had a substantially conical shape and had a height of 8.7 μm.

【0050】次に、凸部37を有する第一基板35の表
面にCr1000Åを真空蒸着法により薄膜堆積し剥離
層38を形成(図16(c))した後に、第一基板35
を鍍金浴である硫酸銅浴に浸し陰極側として、電気鍍金
法により剥離層上に銅を200μm成膜し支持層39を
形成した(図16(d))。
Next, a thin film of Cr1000Å is deposited on the surface of the first substrate 35 having the convex portions 37 by a vacuum evaporation method to form a peeling layer 38 (FIG. 16C), and then the first substrate 35.
Was soaked in a copper sulfate bath which was a plating bath, and 200 μm of copper was formed on the peeling layer by the electroplating method as a cathode side to form a support layer 39 (FIG. 16D).

【0051】硫酸銅浴の温度は30℃で電流密度5Α/
cm2とした。次に第一基板35を濃度27%の水酸化
カリウム(KOH)水溶液にて液温度90℃でエッチン
グ除去し、凹部40を有する支持層と剥離層からなる微
小探針用の雌型基板を形成し、この後に微小探針材料と
なるΑuを真空蒸着法により3000Å成膜し、フォト
リソグラフィーとエッチングによりパターン形成を行い
探針材料層41を形成した(図16(e))。
The temperature of the copper sulfate bath is 30 ° C. and the current density is 5A /
It was set to cm 2 . Next, the first substrate 35 is removed by etching with an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) having a concentration of 27% at a liquid temperature of 90 ° C. to form a female substrate for a microprobe including a supporting layer having a recess 40 and a peeling layer. Then, after that, Au as a fine probe material was formed into a film of 3000 Å by a vacuum evaporation method, and a pattern was formed by photolithography and etching to form a probe material layer 41 (FIG. 16E).

【0052】この後の工程は実施例1の図11以降の工
程に準ずるものである。また、導波路層表面に作製した
グレーティングパターンは、つぎの式で求められる。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 の連立方程式を計算し、有意な解が最小値を取るように
したときの値とした。
The subsequent steps are similar to the steps of FIG. 11 onward of the first embodiment. Further, the grating pattern formed on the surface of the waveguide layer is obtained by the following formula. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, The simultaneous equations of were calculated and used as the value when the significant solution takes the minimum value.

【0053】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安価で安全な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。このプ
ロセスにより、略円錐形の探針を有するプローブを作製
することが出来た。この形状により探針内部の光の偏光
方向に依存しない集光性能及び近接場光発生効率を有す
るプローブを作製することができた。
By the process shown in this example, a probe having a high near-field light generation efficiency could be manufactured using Si, which is an easy-to-process, inexpensive, and safe material. By this process, it was possible to fabricate a probe having a substantially conical probe. With this shape, it was possible to fabricate a probe having a condensing performance independent of the polarization direction of light inside the probe and a near-field light generation efficiency.

【0054】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(図17、図18)において、
高分解能のSNOM像を得ることができた。また記録の
際の記録ピット径を小さくすることの可能な情報処理装
置(図20)を実現することができ、その記録ピットは
直径が100nmで記録されていることが確認された。
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(図19)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。
Further, in the surface observation apparatus (FIGS. 17 and 18) using the probe using the probe according to this embodiment,
A high-resolution SNOM image could be obtained. Further, it was possible to realize an information processing device (FIG. 20) capable of reducing the recording pit diameter at the time of recording, and it was confirmed that the recording pit was recorded with a diameter of 100 nm.
Further, the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus (FIG. 19) equipped with the probe using the probe according to the present embodiment has a wavelength of 100 nm.
It was confirmed that the grating was manufactured with the following grating pitch.

【0055】[実施例5]本発明の実施例5は、Siの
異方性エッチングにより形成された錐状の貫通孔を有す
る部材と、該部材を支持する支持体と、該支持体内部に
設けられた導波路層と、該導波路層の該部材の下方に位
置する表面に作製されたグレーティングとを有する探針
を製造する探針製造方法に係るものである。本実施例に
よって製造された探針は、たとえば図8に示すように、
探針を持つ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、微小開口から出る近接
場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。
[Embodiment 5] In an embodiment 5 of the present invention, a member having a conical through hole formed by anisotropic etching of Si, a support for supporting the member, and an inside of the support are provided. The present invention relates to a probe manufacturing method for manufacturing a probe having a waveguide layer provided and a grating formed on a surface of the waveguide layer located below the member. The probe manufactured according to the present embodiment is, for example, as shown in FIG.
Exposure of a fine pattern is performed by introducing light directly from the end face of the waveguide layer having a probe or through an optical element such as a fiber and bringing the photoresist close to a distance covered by the near-field light emitted from the minute aperture. Used for.

【0056】図9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、以下これを用いて製造
方法を説明する。なお、本実施例で使用しているアライ
メント装置の圧着工程での横位置の誤差は探針内で形成
可能な最小ビーム径より大きいものとする。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the probe for irradiating a minute light according to this embodiment, and the manufacturing method will be described below by using this. The lateral position error in the crimping process of the alignment device used in this embodiment is larger than the minimum beam diameter that can be formed in the probe.

【0057】作製工程は基本的に実施例1の図11以降
の工程に準ずるものである。本実施例では探針作製工程
途中のグレーティング作製について述べる。本実施例の
圧着装置のアライメント精度は1μmでり、圧着時には
この誤差を許容できるグレーティングを作製する必要が
ある。このときグレーティングパターンは、つぎの式で
求められる。。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 という連立方程式yについて解いた解のうち有意なもの
をy1としたときに、 となるようなα/(2tanθ1)を設定した。計算の
結果、 となるので本実施例の値を用いた。
The manufacturing process basically complies with the processes of FIG. 11 onward of the first embodiment. In the present embodiment, the production of a grating during the probe production process will be described. The alignment accuracy of the pressure bonding apparatus of this embodiment is 1 μm, and it is necessary to manufacture a grating that can tolerate this error during pressure bonding. At this time, the grating pattern is obtained by the following formula. . However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, When a significant one of the solutions solved for the simultaneous equation y Α / (2 tan θ 1 ) was set so that The result of the calculation, Therefore, the value of this example was used.

【0058】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安全で安価な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。さら
に、アライメント圧着装置による位置合わせの精度に対
する要求が緩和されたためアライメントにかかる時間が
短縮され生産性が向上した。さらに、位置合わせの精度
の低下による近接場光強度の低下を低減できた。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。
By the process shown in this example, a probe having a high near-field light generation efficiency could be manufactured using Si, which is a material that is easy to process and is safe and inexpensive. Further, since the requirement for alignment accuracy by the alignment crimping device is relaxed, the time required for alignment is shortened and productivity is improved. Furthermore, it was possible to reduce the decrease in near-field light intensity due to the decrease in alignment accuracy. Also,
A high-resolution SNOM image could be obtained in the surface observation apparatus using the probe using the probe according to this example. It was also confirmed that the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus equipped with the probe using the probe according to the present example was manufactured with a grating pitch of 100 nm or less.

【0059】[実施例6]本発明の実施例6は、Siの
異方性エッチングにより形成された錐状の貫通孔を有す
る部材と、該部材を支持する支持体と、該支持体内部に
設けられた導波路層と、該導波路層の該部材の下方に位
置する表面に作製されたグレーティングとを有する探針
を製造する探針製造方法に係るものである。本実施例に
よって製造された探針のは、たとえば図8に示すよう
に、探針を持つ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
近接場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。
[Embodiment 6] In Embodiment 6 of the present invention, a member having a conical through hole formed by anisotropic etching of Si, a support for supporting the member, and the inside of the support are provided. The present invention relates to a probe manufacturing method for manufacturing a probe having a waveguide layer provided and a grating formed on a surface of the waveguide layer located below the member. As shown in FIG. 8, for example, the probe manufactured according to the present embodiment has a proximity to which light is introduced directly from the end face of the waveguide layer having the probe or through an optical element such as a fiber and exits from a minute aperture. It is used to expose a fine pattern by bringing the photoresist close to the distance covered by the field light.

【0060】図9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、以下これを用いて製造
方法を説明する。なお、本実施例で使用しているアライ
メント装置の圧着工程での横位置の誤差は探針内で形成
可能な最小ビーム径より大きいものとする。図9におい
て、まず、第一基板13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14としてシリコン
熱酸化膜を100nm形成した(図9(a))。次に、
保護層14の所望の箇所を、フォトリソグラフィ及びフ
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、一辺が10μmの正方形のシ
リコンを露出した。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe for irradiating a minute light according to this embodiment, and the manufacturing method will be described below using this. The lateral position error in the crimping process of the alignment device used in this embodiment is larger than the minimum beam diameter that can be formed in the probe. In FIG. 9, first, a single crystal silicon wafer having a plane orientation (100) was prepared as the first substrate 13, and a silicon thermal oxide film was formed to 100 nm as the protective layer 14 (FIG. 9A). next,
A desired portion of the protective layer 14 was patterned by photolithography and etching with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride to expose square silicon having a side of 10 μm.

【0061】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つの面で囲まれた深さ約7μmの逆ピラミッド状の
凹部15が形成された(図9(b)参照))。この際、
凹部15の4つの面それぞれと第一基板13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。
Next, the crystallographic axis anisotropic etching using a potassium hydroxide aqueous solution was used to etch the silicon in the patterning portion using a potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of 30% and a liquid temperature of 90 ° C. By this step, an inverted pyramidal recess 15 having a depth of about 7 μm and surrounded by four planes equivalent to the (111) plane was formed (see FIG. 9B)). On this occasion,
The angle formed by each of the four surfaces of the recess 15 and the surface of the first substrate 13 was determined by the crystal orientation and was about 55 °.

【0062】次に保護層14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16とし
て二酸化シリコンを400nm堆積した。この方法によ
り凹部15は先端領域において先鋭化され、先端部の内
壁と第一基板13の表面とのなす角度はほぼ75°とな
った(図9(c))。
Next, the protective layer 14 was removed with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride, and then thermally oxidized at 1000 ° C. using a mixed gas of hydrogen and oxygen to deposit 400 nm of silicon dioxide as the peeling layer 16. . By this method, the concave portion 15 was sharpened in the tip region, and the angle formed by the inner wall of the tip portion and the surface of the first substrate 13 was approximately 75 ° (FIG. 9C).

【0063】次に、第一基板13上に金Αu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100
nmとした。さらに白金Ptを真空蒸着法により50n
m堆積した。最後に金Αuを300nm真空蒸着法によ
り堆積した。これら3層を遮光層17とした(図9
(d))。次に、遮光層17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9(e))。
Next, gold Au and platinum Pt are formed on the first substrate 13.
Are simultaneously deposited by the vacuum evaporation method, and the thickness is 100
nm. Further, platinum Pt is deposited to 50n by a vacuum deposition method.
m deposited. Finally, gold Au was deposited by a 300 nm vacuum evaporation method. These three layers are used as the light shielding layer 17 (see FIG. 9).
(D)). Next, the light shielding layer 17 was patterned by photolithography and etching (FIG. 9E).

【0064】次に第二基板18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18の両面
にマスク層19として窒化シリコンを250nm成膜し
た(図10(a))。次に、表面のマスク層19をフォ
トリソグラフィーとエッチングによりV溝20を形成し
た(図10(b))。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Αuを1
00nm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(Α)
21とした。
Next, as the second substrate 18, the plane orientation (100)
The single crystal silicon wafer of 1 was prepared, and silicon nitride was deposited to a thickness of 250 nm as the mask layer 19 on both surfaces of the second substrate 18 (FIG. 10A). Next, the V-groove 20 was formed in the mask layer 19 on the surface by photolithography and etching (FIG. 10B). Next, titanium Ti was deposited by vacuum deposition.
Was deposited to a thickness of 5 nm. Furthermore, 1% of gold Au is deposited by vacuum deposition method.
00 nm was deposited. Finally, platinum Pt was deposited to 50 nm by the vacuum evaporation method. A light-shielding layer (A) that combines these three layers
It was set to 21.

【0065】次に、導波路層22としてSU8を塗布し
パターニングした(図10(c))、次に真空蒸着法に
より白金Ptを50nm堆積した。さらに、真空蒸着法
により金Αuを100nm堆積した。これら2層を遮光
層(B)23とした。次に遮光層(A)21と遮光層
(B)23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。さらにパターニングされ導波路層が
露出した開口部24に、12μm四方のグレーティング
を電子線加工装置にてパターニングした(図10
(d))。このとき、開口部24の大きさも12μm四
方とした。
Next, SU8 was applied and patterned as the waveguide layer 22 (FIG. 10C), and then platinum Pt was deposited to 50 nm by the vacuum evaporation method. Further, gold Au was deposited to a thickness of 100 nm by a vacuum evaporation method. These two layers were used as a light shielding layer (B) 23. Next, the light shielding layer (A) 21 and the light shielding layer (B) 23 were patterned by photolithography and etching. Further, a 12 μm square grating was patterned by an electron beam processing apparatus in the opening 24 where the waveguide layer was exposed by patterning (FIG. 10).
(D)). At this time, the size of the opening 24 was also 12 μm square.

【0066】アライメント圧着装置のアライメント精度
は1μmであるので、このときグレーティングパターン
は、つぎの式で求められる。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 という連立方程式yについて解いた解のうち有意なもの
をy1としたときに、 となるようなα/(2tanθ1)を設定した。計算の
結果、 となるので本実施例の値を用いた。
Since the alignment accuracy of the alignment pressure bonding apparatus is 1 μm, the grating pattern at this time is obtained by the following equation. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, When a significant one of the solutions solved for the simultaneous equation y Α / (2 tan θ 1 ) was set so that The result of the calculation, Therefore, the value of this example was used.

【0067】そして処理が終わった第一基板13に成膜
してある遮光層17と第二基板18の遮光層(B)23
を、第一基板13の凹部15の中心と第二基板18の遮
光層(B)23上にパターニングされた開口部24の中
心が同軸上にくるようにしてアライメント圧着装置を用
いて圧着した(図11(a)参照)。圧着により第一基
板13上に形成されていた遮光層17からなる探針部分
が第二基板18上の遮光層(B)23上に転写された
(図11(b))。
Then, the light-shielding layer 17 formed on the processed first substrate 13 and the light-shielding layer (B) 23 of the second substrate 18 are formed.
Was crimped using an alignment crimping device so that the center of the recess 15 of the first substrate 13 and the center of the opening 24 patterned on the light-shielding layer (B) 23 of the second substrate 18 were coaxial ( See FIG. 11 (a). The probe portion formed of the light shielding layer 17 formed on the first substrate 13 by pressure bonding was transferred onto the light shielding layer (B) 23 on the second substrate 18 (FIG. 11B).

【0068】次に、TEOS(Tetraethylo
rthosilicate)とTMP(Trimeth
ylphosphate)とオゾンを用いてChemi
cal Vapor Deposition(CVD)
法により、形成温度350℃にて、第二基板18の表面
にりんガラス(PSG:Phospho−Silica
te glass)を100nm成膜し膜厚調整層25
とした(図11(c))。次に、遮光層17の頂点部に
微小開口26が形成されるように、アルゴンによるドラ
イエッチングにより膜厚調整層25及び遮光層(Α)2
1、遮光層(B)23をエッチングした(図11
(d))。
Next, TEOS (Tetraethyl)
rthosilicate) and TMP (Trimeth)
Chemi using ylphosphonate) and ozone
cal vapor deposition (CVD)
Method, at the formation temperature of 350 ° C., phosphorus glass (PSG: Phospho-Silica) is formed on the surface of the second substrate 18.
te glass) to a film thickness of 100 nm and a film thickness adjusting layer 25
(FIG. 11C). Next, the film thickness adjusting layer 25 and the light-shielding layer (A) 2 are dry-etched with argon so that the minute opening 26 is formed at the apex of the light-shielding layer 17.
1. The light shielding layer (B) 23 was etched (FIG. 11).
(D)).

【0069】このあと、第二基板18の導波路層側表面
にPIQなどの保護層を成膜した後、第二基板18の異
方性エッチングをしたのち保護層を除去することでレバ
ー化処理を完了し先端に微小開口を有する探針を作製し
た(図11(e))。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
の表面のグレーティングにより探針内に導かれた。
After that, after forming a protective layer such as PIQ on the surface of the second substrate 18 on the side of the waveguide layer, the second substrate 18 is anisotropically etched and then the protective layer is removed to form a lever treatment. Was completed and a probe having a minute opening at the tip was manufactured (FIG. 11E). In use, light propagated through the waveguide layer in the second substrate, and when it reached the lower part of the probe, it was guided into the probe by the grating on the surface of the waveguide layer.

【0070】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安全で安価な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。さら
に、アライメント圧着装置による位置合わせの精度に対
する要求が緩和されたためアライメントにかかる時間が
短縮され生産性が向上した。さらに、位置合わせの精度
の低下による近接場光強度の低下を低減できた。
By the process shown in this embodiment, it was possible to manufacture a probe having a high near-field light generation efficiency by using a material called Si which is easy to process and is safe and inexpensive. Further, since the requirement for alignment accuracy by the alignment crimping device is relaxed, the time required for alignment is shortened and productivity is improved. Furthermore, it was possible to reduce the decrease in near-field light intensity due to the decrease in alignment accuracy.

【0071】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。
Further, in the surface observation apparatus using the probe using the probe according to the present embodiment, the high resolution SNOM
I was able to get a statue. It was also confirmed that the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus equipped with the probe using the probe according to this example was manufactured with a grating pitch of 100 nm or less.

【0072】[実施例7]本発明の実施例7は、Siの
異方性エッチングにより形成された錐状の貫通孔を有す
る部材と、該部材を支持する支持体と、該支持体内部に
設けられた導波路層と、該導波路層の該部材の下方に位
置する表面に作製されたグレーティングとを有する探針
を製造する探針製造方法に係るものである。本実施例に
よって製造された探針は、たとえば図8に示すように、
探針を持つ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、微小開口から出る近接
場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。
[Embodiment 7] In Embodiment 7 of the present invention, a member having a conical through hole formed by anisotropic etching of Si, a support for supporting the member, and the inside of the support are provided. The present invention relates to a probe manufacturing method for manufacturing a probe having a waveguide layer provided and a grating formed on a surface of the waveguide layer located below the member. The probe manufactured according to the present embodiment is, for example, as shown in FIG.
Exposure of a fine pattern is performed by introducing light directly from the end face of the waveguide layer having a probe or through an optical element such as a fiber and bringing the photoresist close to a distance covered by the near-field light emitted from the minute aperture. Used for.

【0073】図9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、以下これを用いて製造
方法を説明する。作製工程は基本的に実施例1の図11
以降の工程に準ずるものである。本実施例では探針作製
工程途中のグレーティング作製について述べる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the probe for irradiating a minute light according to this embodiment, and the manufacturing method will be described below by using this. The manufacturing process is basically as shown in FIG.
This is based on the subsequent steps. In the present embodiment, the production of a grating during the probe production process will be described.

【0074】本実施例の圧着装置の縦方向の圧着精度は
50nmであり、圧着時にはこの誤差を許容できるグレ
ーティングを作製する必要がある。このときグレーティ
ングパターンは、つぎの式で求められる。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 という連立方程式yについて解いた解のうち有意なもの
をy1としたときに、 となるようなα/(2tanθ1)を設定した。この式
は圧着工程の際の、縦方向の圧着精度50nmを許容す
る設計になっている。
The crimping accuracy of the crimping device of this embodiment in the vertical direction is 50 nm, and it is necessary to fabricate a grating that can tolerate this error during crimping. At this time, the grating pattern is obtained by the following formula. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, When a significant one of the solutions solved for the simultaneous equation y Α / (2 tan θ 1 ) was set so that This equation is designed to allow a vertical pressure bonding precision of 50 nm during the pressure bonding process.

【0075】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安全で安価な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。さら
に、圧着工程での縦方向の圧着精度の誤差を許容する設
計としたことで圧着工程での歩留まりが向上し、生産効
率が改善した。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、高分解能のSNO
M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。
By the process shown in this embodiment, it was possible to manufacture a probe having a high near-field light generation efficiency by using a material called Si which is easy to process and is safe and inexpensive. In addition, the design allows for an error in the vertical crimping accuracy in the crimping process, which improves the yield in the crimping process and improves the production efficiency. Further, in the surface observation apparatus using the probe using the probe according to the present embodiment, the high resolution SNO
An M image could be obtained. It was also confirmed that the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus equipped with the probe using the probe according to this example was manufactured with a grating pitch of 100 nm or less.

【0076】[実施例8]本発明の実施例8は、Siの
異方性エッチングにより形成された錐状の貫通孔を有す
る部材と、該部材を支持する支持体と、該支持体内部に
設けられた導波路層と、該導波路層の該部材の下方に位
置する表面に作製されたグレーティングとを有する探針
を製造する探針製造方法に係るものである。本実施例に
よって製造された探針は、たとえば図8に示すように、
探針を持つ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、微小開口から出る近接
場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。
[Embodiment 8] In an eighth embodiment of the present invention, a member having a conical through hole formed by anisotropic etching of Si, a support for supporting the member, and an inside of the support are provided. The present invention relates to a probe manufacturing method for manufacturing a probe having a waveguide layer provided and a grating formed on a surface of the waveguide layer located below the member. The probe manufactured according to the present embodiment is, for example, as shown in FIG.
Exposure of a fine pattern is performed by introducing light directly from the end face of the waveguide layer having a probe or through an optical element such as a fiber and bringing the photoresist close to a distance covered by the near-field light emitted from the minute aperture. Used for.

【0077】図9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、以下これを用いて製造
方法を説明する。なお、本実施例で使用しているアライ
メント装置の圧着工程での横位置の誤差は探針内で形成
可能な最小ビーム径より大きく、縦位置の精度は100
nmである。
FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process of the probe for irradiating a minute light according to the present embodiment, and the manufacturing method will be described below by using this. The lateral position error in the crimping process of the alignment apparatus used in this embodiment is larger than the minimum beam diameter that can be formed in the probe, and the vertical position accuracy is 100.
nm.

【0078】図9において、まず、第一基板13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14としてシリコン熱酸化膜を100nm形成した
(図9(a))。次に、保護層14の所望の箇所を、フ
ォトリソグラフィ及び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、一辺
が10μmの正方形のシリコンを露出した。
In FIG. 9, first, a single crystal silicon wafer having a plane orientation (100) was prepared as the first substrate 13, and a thermal silicon oxide film having a thickness of 100 nm was formed as the protective layer 14 (FIG. 9A). Next, a desired portion of the protective layer 14 was patterned by photolithography and etching with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride to expose square silicon having a side of 10 μm.

【0079】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つの面で囲まれた深さ約7μmの逆ピラミッド状の
凹部15が形成された(図9(b)参照))。この際凹
部15の4つの面それぞれと第一基板13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。
Next, the crystallographic axis anisotropic etching using an aqueous potassium hydroxide solution was used to etch the silicon in the patterning portion using an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 30% and a liquid temperature of 90 ° C. By this step, an inverted pyramidal recess 15 having a depth of about 7 μm and surrounded by four planes equivalent to the (111) plane was formed (see FIG. 9B)). At this time, the angle formed by each of the four surfaces of the recess 15 and the surface of the first substrate 13 was determined by the crystal orientation and was about 55 °.

【0080】次に保護層14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16とし
て二酸化シリコンを400nm堆積した。この方法によ
り凹部15は先端領域において先鋭化され、先端部の内
壁と第一基板13の表面とのなす角度はほぼ75°とな
った(図9(c))。次に、第一基板13上に金Αu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Αuを300nm真空蒸
着法により堆積した。これら3層を遮光層17とした
(図9(d))。次に遮光層17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9
(e))。
Next, the protective layer 14 was removed by an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride, and then thermally oxidized at 1000 ° C. using a mixed gas of hydrogen and oxygen to deposit 400 nm of silicon dioxide as a peeling layer 16. . By this method, the concave portion 15 was sharpened in the tip region, and the angle formed by the inner wall of the tip portion and the surface of the first substrate 13 was approximately 75 ° (FIG. 9C). Next, gold Au and platinum Pt were simultaneously deposited on the first substrate 13 by a vacuum vapor deposition method to have a thickness of 100 nm. Further, platinum Pt was deposited to a thickness of 50 nm by a vacuum evaporation method. Finally, gold Au was deposited by a 300 nm vacuum evaporation method. These three layers were used as the light shielding layer 17 (FIG. 9D). Next, the light shielding layer 17 was patterned by photolithography and etching (FIG. 9).
(E)).

【0081】次に第二基板18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18の両面
にマスク層19として窒化シリコンを250nm成膜し
た(図10(a))。次に表面のマスク層19をフォト
リソグラフィーとエッチングによりV溝20を形成した
(図10(b))。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Αuを10
0nm堆積した。最後に真空蒸着法により白金Ptを5
0nm堆積した。これら3層をまとめて遮光層(Α)2
1とした。
Next, as the second substrate 18, the plane orientation (100)
The single crystal silicon wafer of 1 was prepared, and silicon nitride was deposited to a thickness of 250 nm as the mask layer 19 on both surfaces of the second substrate 18 (FIG. 10A). Next, the V-groove 20 was formed in the mask layer 19 on the surface by photolithography and etching (FIG. 10B). Next, titanium Ti was deposited to a thickness of 5 nm by a vacuum evaporation method. In addition, 10 gold Au were deposited by vacuum deposition.
0 nm was deposited. Finally, platinum Pt was added to 5 by vacuum deposition.
0 nm was deposited. These 3 layers are put together and the light-shielding layer (A) 2
It was set to 1.

【0082】次に、導波路層22としてSU8を塗布し
パターニングした(図10(c))。次に、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Αuを100nm堆積した。これら2層を遮光
層(B)23とした。次に遮光層(Α)21と遮光層
(B)23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。さらにパターニングされ導波路層が
露出した10μm四方の開口部24に、5μm四方のグ
レーティング4つを電子線加工装置にて図7(a)のよ
うにパターニングした(図10(d))。
Next, SU8 was applied and patterned as the waveguide layer 22 (FIG. 10C). Next, 50 nm of platinum Pt was deposited by the vacuum evaporation method. Further, gold Au was deposited to 100 nm by a vacuum evaporation method. These two layers were used as a light shielding layer (B) 23. Next, the light shielding layer (A) 21 and the light shielding layer (B) 23 were patterned by photolithography and etching. Further, four 5 μm square gratings were patterned in an opening 24 of 10 μm square in which the waveguide layer was exposed by patterning as shown in FIG. 7A using an electron beam processing apparatus (FIG. 10D).

【0083】このときグレーティングパターンは、つぎ
の式で求められる。アライメント圧着装置の横方向の精
度は1μm、縦方向の精度は100nmである。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 という連立方程式yについて解いた解のうち有意なもの
をy1としたときに、 となるようなα/(2tanθ1)を設定した。計算の
結果 となるので本実施例では4つのグレーティングのα/
(2tanθ1)はグレーティングaが4.4×1
-6、bが4.4×10-6、cが7.0×10-6、dが
7.2×10-6とした。ただし、グレーティングa及び
bはグレーティングのパターンの式でyが正の部分、c
とdはyが負の部分を用いた。
At this time, the grating pattern is obtained by the following equation. The alignment pressure bonding device has a lateral accuracy of 1 μm and a vertical accuracy of 100 nm. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, When a significant one of the solutions solved for the simultaneous equation y Α / (2 tan θ 1 ) was set so that Calculation result Therefore, in this embodiment, α / of four gratings is
(2 tan θ 1 ) has a grating a of 4.4 × 1
0 -6 , b was 4.4 x 10 -6 , c was 7.0 x 10 -6 , and d was 7.2 x 10 -6 . However, for the gratings a and b, the part of the grating pattern where y is positive, c
And d used the part where y was negative.

【0084】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安全で安価な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。さら
に、グレーティングを分割して小さなグレーティングの
集合体としたことにより、一つ一つのグレーティングの
NΑを小さく出来ることからビームウェスト付近でのビ
ーム径を大きく取ることが出来、圧着工程での横方向の
位置精度に対する許容範囲が大幅に向上した。
By the process shown in this embodiment, it was possible to manufacture a probe having a high near-field light generation efficiency by using a material called Si which is easy to process and is safe and inexpensive. Furthermore, by dividing the grating into a group of small gratings, it is possible to make the beam diameter near the beam waist large because the N Α of each grating can be made small, and the lateral direction in the crimping process can be increased. The tolerance for position accuracy has been greatly improved.

【0085】また、個々のグレーティングの焦点距離を
互いに異なる値とすることで縦方向の位置精度について
も、100nm以上の誤差を許容できるようになった。
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(図17、図18)において、高分解能のS
NOM像を得ることができた。また、記録の際の記録ピ
ット径を小さくすることの可能な情報処理装置(図2
0)を実現することができ、その記録ピットは直径が1
00nmで記録されていることが確認された。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
(図19)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。
Further, by making the focal lengths of the individual gratings different from each other, it becomes possible to allow an error of 100 nm or more in the vertical position accuracy.
Further, in the surface observation apparatus (FIGS. 17 and 18) using the probe using the probe according to the present embodiment, the high resolution S
A NOM image could be obtained. In addition, an information processing device capable of reducing the recording pit diameter during recording (see FIG.
0) can be realized, and the recording pit has a diameter of 1
It was confirmed that the recording was made at 00 nm. It was also confirmed that the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus (FIG. 19) equipped with the probe using the probe according to the present example was manufactured with a grating pitch of 100 nm or less.

【0086】[実施例9]本発明の実施例9は、Siの
異方性エッチングにより形成された錐状の貫通孔を有す
る部材と、該部材を支持する支持体と、該支持体内部に
設けられた導波路層と、該導波路層の該部材の下方に位
置する表面に作製されたグレーティングとを有する探針
を製造する探針製造方法に係るものである。本実施例に
よって製造される探針は、たとえば図8に示すように、
探針を持つ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、微小開口から出る近接
場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。
[Embodiment 9] In Embodiment 9 of the present invention, a member having a conical through hole formed by anisotropic etching of Si, a support for supporting the member, and the inside of the support are provided. The present invention relates to a probe manufacturing method for manufacturing a probe having a waveguide layer provided and a grating formed on a surface of the waveguide layer located below the member. The probe manufactured according to this embodiment has, for example, as shown in FIG.
Exposure of a fine pattern is performed by introducing light directly from the end face of the waveguide layer having a probe or through an optical element such as a fiber and bringing the photoresist close to a distance covered by the near-field light emitted from the minute aperture. Used for.

【0087】図9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、以下これを用いて製造方
法を説明する。なお、本実施例で使用しているアライメ
ント装置の圧着工程での横位置の誤差は探針内で形成可
能な最小ビーム径より大きく、縦位置の精度は100n
mである。まず、第一基板13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14としてシ
リコン熱酸化膜を100nm形成した(図9(a))。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe for irradiating a minute light beam according to the present embodiment, and the manufacturing method will be described below using this. The lateral position error in the crimping process of the alignment apparatus used in this embodiment is larger than the minimum beam diameter that can be formed in the probe, and the vertical position accuracy is 100 n.
m. First, as the first substrate 13, the plane orientation (100)
The single crystal silicon wafer of 1 was prepared, and a 100 nm thick silicon thermal oxide film was formed as the protective layer 14 (FIG. 9A).

【0088】次に、保護層14の所望の箇所を、フォト
リソグラフィ及び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、一辺が1
0μmの正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つの面で囲まれた深さ約7
μmの逆ピラミッド状の凹部15が形成された(図9
(b)参照))。この際、凹部15の4つの面それぞれ
と第一基板13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。
Next, a desired portion of the protective layer 14 is patterned by photolithography and etching with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride, so that one side is 1 side.
A 0 μm square of silicon was exposed. Next, the silicon of the patterning portion was etched by crystal axis anisotropic etching using a potassium hydroxide aqueous solution using a potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of 30% and a liquid temperature of 90 ° C. Through this process, the depth surrounded by four planes equivalent to the (111) plane is about 7
An inverted pyramid-shaped concave portion 15 of μm was formed (FIG. 9).
(See (b))). At this time, the angle formed by each of the four surfaces of the recess 15 and the surface of the first substrate 13 was determined by the crystal orientation and was about 55 °.

【0089】次に、保護層14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16と
して二酸化シリコンを400nm堆積した。この方法に
より凹部15は先端領域において先鋭化され、先端部の
内壁と第一基板13の表面とのなす角度はほぼ75°と
なった(図9(c))。
Next, the protective layer 14 is removed with an aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride, and then thermally oxidized at 1000 ° C. using a mixed gas of hydrogen and oxygen to deposit 400 nm of silicon dioxide as a peeling layer 16. did. By this method, the concave portion 15 was sharpened in the tip region, and the angle formed by the inner wall of the tip portion and the surface of the first substrate 13 was approximately 75 ° (FIG. 9C).

【0090】次に、第一基板13上に金Αu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100
nmとした。さらに白金Ptを真空蒸着法により50n
m堆積した。最後に金Αuを300nm真空蒸着法によ
り堆積した。これら3層を遮光層17とした(図9
(d))。次に、遮光層17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9(e))。
Next, on the first substrate 13, gold Au and platinum Pt are formed.
Are simultaneously deposited by the vacuum evaporation method, and the thickness is 100
nm. Further, platinum Pt is deposited to 50n by a vacuum deposition method.
m deposited. Finally, gold Au was deposited by a 300 nm vacuum evaporation method. These three layers are used as the light shielding layer 17 (see FIG. 9).
(D)). Next, the light shielding layer 17 was patterned by photolithography and etching (FIG. 9E).

【0091】次に、第二基板18として面方位(10
0)の単結晶シリコンウエハを用意し、第二基板18の
両面にマスク層19として窒化シリコンを250nm成
膜した(図10(a))。次に、表面のマスク層19を
フォトリソグラフィーとエッチングによりV溝20を形
成した(図10(b))。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Αu
を100nm堆積した。最後に真空蒸着法により白金P
tを50nm堆積した。これら3層をまとめて遮光層
(Α)21とした。
Next, as the second substrate 18, the plane orientation (10
The single crystal silicon wafer of 0) was prepared, and silicon nitride was deposited to a thickness of 250 nm as the mask layer 19 on both surfaces of the second substrate 18 (FIG. 10A). Next, the V-groove 20 was formed in the mask layer 19 on the surface by photolithography and etching (FIG. 10B). Next, titanium Ti was deposited to a thickness of 5 nm by a vacuum evaporation method. Furthermore, by the vacuum evaporation method, gold Au
Was deposited to 100 nm. Finally, platinum P was deposited by vacuum deposition.
t was deposited to 50 nm. These three layers are collectively referred to as a light shielding layer (A) 21.

【0092】次に、導波路層22としてSU8を塗布し
パターニングした(図10(c))。次に真空蒸着法に
より白金Ptを50nm堆積した。さらに真空蒸着法に
より金Αuを100nm堆積した。これら2層を遮光層
(B)23とした。次に遮光層(Α)21と遮光層
(B)23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。さらにパターニングされ導波路層が
露出した10μm四方の開口部24に、8μm四方のグ
レーティング4つを電子線加工装置にて図7(b)のよ
うにパターニングした(図10(d))。
Next, SU8 was applied and patterned as the waveguide layer 22 (FIG. 10C). Next, 50 nm of platinum Pt was deposited by the vacuum evaporation method. Further, gold Au was deposited to 100 nm by a vacuum evaporation method. These two layers were used as a light shielding layer (B) 23. Next, the light shielding layer (A) 21 and the light shielding layer (B) 23 were patterned by photolithography and etching. Further, four 8 μm square gratings were patterned in the 10 μm square opening 24 where the waveguide layer was exposed by patterning with an electron beam processing apparatus as shown in FIG. 7B (FIG. 10D).

【0093】このときグレーティングパターンは、つぎ
の式で求められる。 ただし、 と表される式に、 を代入して計算した。mは整数、n1は導波路層(SU
8)の屈折率、n2は探針内(空気)の屈折率である。
またグレーティングの焦点距離を表すα/(2tanθ
1)の値はSi探針の内面形状、 を用いて、 ただし、 という連立方程式yについて解いた解のうち有意なもの
をy1としたときに、 となるようなα/(2tanθ1)を設定した。計算の
結果、 となるので本実施例では4つのグレーティングのα/
(2tanθ1)はグレーティングaが4.8×1
-6、bが4.8×10-6、cが7.0×10-6、dが
7.2×10-6とした。ただし、グレーティングa及び
bはグレーティングのパターンの式でyが−3×10-6
から−5×10-6の部分、cとdはyが−5×10-6
ら3×10-6の部分を用いた。
At this time, the grating pattern is obtained by the following equation. However, In the expression expressed as Was calculated by substituting m is an integer, n1 is a waveguide layer (SU
8), and n2 is the refractive index inside the probe (air).
In addition, α / (2 tan θ representing the focal length of the grating
The value of 1 ) is the inner surface shape of the Si probe, Using, However, When a significant one of the solutions solved for the simultaneous equation y Α / (2 tan θ 1 ) was set so that The result of the calculation, Therefore, in this embodiment, α / of four gratings is
(2 tan θ 1 ) has a grating a of 4.8 × 1
0 -6 , b was 4.8 x 10 -6 , c was 7.0 x 10 -6 , and d was 7.2 x 10 -6 . However, for the gratings a and b, y is −3 × 10 −6 in the formula of the grating pattern.
To −5 × 10 −6 , and for c and d, y was −5 × 10 −6 to 3 × 10 −6 .

【0094】本実施例に示したプロセスによりSiとい
う加工しやすく安全で安価な材料を用いて近接場光の発
生効率が高いプローブを作製することが出来た。さら
に、グレーティングを分割して開口部24よりも僅かに
小さなグレーティングの重ね合わせとしたことにより、
一つ一つのグレーティングのNΑを大きく出来ることに
よりビームウェスト付近でのビーム径を小さく絞ること
が出来、さらに探針先端の微小開口に垂直に入射する光
量の低下を抑制した。
By the process shown in this example, a probe having a high near-field light generation efficiency could be manufactured using Si, which is a material that is easy to process, safe, and inexpensive. Furthermore, by dividing the grating into a plurality of gratings that are slightly smaller than the opening 24,
The beam diameter near the beam waist can be reduced to a small value by increasing the N A of each grating, and the decrease in the amount of light incident perpendicularly on the minute aperture at the tip of the probe can be suppressed.

【0095】また、個々のグレーティングの焦点距離を
互いに異なる値とすることで圧着工程での縦方向の位置
精度についても100nm以上許容できるようになっ
た。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(図17、図18)において、高分解能
のSNOM像を得ることができた。また記録の際の記録
ピット径を小さくすることの可能な情報処理装置(図2
0)を実現することができ、その記録ピットは直径が1
00nmで記録されていることが確認された。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
(図19)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。
Further, by making the focal lengths of the individual gratings different from each other, the positional accuracy in the vertical direction in the pressure bonding step can be allowed to be 100 nm or more. Further, a high-resolution SNOM image could be obtained in the surface observation apparatus (FIGS. 17 and 18) using the probe using the probe according to this example. In addition, an information processing device capable of reducing the recording pit diameter during recording (see FIG.
0) can be realized, and the recording pit has a diameter of 1
It was confirmed that the recording was made at 00 nm. It was also confirmed that the diffraction grating manufactured by the exposure apparatus (FIG. 19) equipped with the probe using the probe according to the present example was manufactured with a grating pitch of 100 nm or less.

【0096】[実施例10]図17は、本発明の近接場
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)に応用した装置構成を示す図で
ある。
[Embodiment 10] FIG. 17 is a diagram showing an apparatus configuration in which the near-field optical probe of the present invention is applied to an illumination (irradiation) mode near-field optical microscope (SNOM).

【0097】図17において、レーザ駆動回路1601
によって駆動された面発光レーザ1602から出射され
たレーザ光が近接場光プローブ1603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1604上の試料表面1605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1606で集光し、光電子増
倍管1607で検出し、これをSNOM信号とし、計測
制御コンピュータ1608に入力する。
In FIG. 17, a laser drive circuit 1601
Laser light emitted from the surface emitting laser 1602 driven by is transmitted through the transmission path in the near-field optical probe 1603 and emitted from the minute opening at the tip as near-field light.
Scattered light generated as a result of irradiating this near-field light to the sample surface 1605 on the substrate 1604 close to a distance of 100 nm or less is condensed by a condenser lens 1606 and detected by a photomultiplier tube 1607. The SNOM signal is input to the measurement control computer 1608.

【0098】一方、ΑFM用レーザ1609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1
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1608に入力する。
On the other hand, the back surface of the cantilever portion of the near-field optical probe is irradiated with the laser light emitted from the AFM laser 1609, and the angle change of the reflected light is divided into two.
At 610, the amount of bending of the cantilever is detected to obtain an atomic force microscope (AFM) signal reflecting the sample surface shape, which is input to the measurement control computer 1608.

【0099】計測制御コンピュータ1608からはxy
zステージ1611を駆動するための駆動信号がステー
ジ駆動回路1612を介して出力され、xyzステージ
1611の三次元位置制御を行う。
From the measurement control computer 1608, xy
A drive signal for driving the z stage 1611 is output via the stage drive circuit 1612 to control the three-dimensional position of the xyz stage 1611.

【0100】計測制御コンピュータ1608では、xy
zステージ1611を駆動することにより、試料160
5に対する近接場光プローブ1603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ΑF
M像を形成し、これをディスプレイ1613に表示す
る。
In the measurement control computer 1608, xy
By driving the z stage 1611, the sample 160
5, the tip of the near-field optical probe 1603 is scanned, and the SNOM signal and the AFM signal are three-dimensionally plotted according to the position of the probe to obtain the SNOM image and the AF of the sample surface.
An M image is formed and displayed on the display 1613.

【0101】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試料表面を破壊することなく、安定
したSNOM像及びΑFM像を観察することができた。
By constructing an illumination mode SNOM device using the near-field optical probe of the present invention,
It was possible to observe stable SNOM images and AFM images without destroying the sample surface even when scanning with a probe tip in contact with a soft sample such as a biomolecule.

【0102】[実施例11]図18は本発明の近接場光
プローブをコレクション(集光)モードのSNOMに応
用した装置構成を示す図である。図18において、SN
OM用レーザ1701から照射されるレーザ光を直角プ
リズム1702上に取り付けた基板上1703の試料1
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
1705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1706で検
出し、SNOM信号として計測制御コンピュータ170
7に入力する。
[Embodiment 11] FIG. 18 is a diagram showing a device configuration in which the near-field optical probe of the present invention is applied to a SNOM in a collection (focusing) mode. In FIG. 18, SN
Sample 1 on substrate 1703 in which laser light emitted from OM laser 1701 is mounted on rectangular prism 1702
The light is incident on the surface 704 from the back surface at an angle of total reflection. As a result, the near-field light generated on the sample surface is detected by the minute aperture at the tip of the near-field optical probe 1705, transmitted through the transmission path in the near-field optical probe and detected by the photodiode 1706, and the measurement control computer as an SNOM signal. 170
Type in 7.

【0103】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。本発明の近接場
光プローブを用いてコレクションモードの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試料表面を
破壊することなく、安定したSNOM像及びΑFM像を
観察することができた。
Other than the above, the operation is similar to that of the SNOM in the illumination mode described above. By configuring the SNOM device in the collection mode using the near-field optical probe of the present invention, even if scanning is performed with the probe tip in contact with a soft sample such as a biomolecule, the sample surface is stable without being destroyed. SNOM images and AFM images could be observed.

【0104】[実施例12]図19は本発明の近接場光
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。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1801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1802に照射し、レジ
スト1802への露光(潜像形成)を行う。ここで、露
光用の面発光レーザ1803としては、レジスト180
2を露光する波長の光を発生するものを用いる。
[Embodiment 12] FIG. 19 is a diagram showing a configuration in which the near-field optical probe of the present invention is applied to a fine processing apparatus. Similar to the SNOM in the illumination mode described above, the near-field light generated from the minute opening at the tip of the near-field optical probe 1801 is applied to the resist 1802 on the substrate, and the resist 1802 is exposed (latent image formation). Here, as the surface emitting laser 1803 for exposure, a resist 180 is used.
A material that emits light having a wavelength for exposing 2 is used.

【0105】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
1804に入力し、近接場光プローブ1801に対する
レジスト1802の位置合わせを行うために用いられ
る。
SNOM in the illumination mode described above
The AFM signal obtained in the same manner as above is aligned (alignment).
Is input to the alignment / exposure control computer 1804 as a control signal for use in aligning the resist 1802 with the near-field optical probe 1801.

【0106】本発明の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、柔かいレジストに対して
プローブ先端が接触した走査を行ってもレジスト表面を
破壊することなく、安定した微細加工を行うことができ
た。
By constructing a microfabrication apparatus using the near-field optical probe of the present invention, stable microfabrication can be performed without destroying the resist surface even when scanning is performed with the probe tip in contact with a soft resist. I was able to do it.

【0107】[実施例13]図20は、本発明の近接場
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。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1901先端の微小開口から発生さ
せた近接場光を基板上の記録媒体1902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1902に照射してその散乱透過光を集光レンズ1
903で集光してアバランシェフォトダイオード190
4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1905に入力する。
[Embodiment 13] FIG. 20 is a diagram showing a configuration in which the near-field optical probe of the present invention is applied to a storage device. Similar to the illumination mode SNOM described above, the near-field light generated from the minute aperture at the tip of the near-field optical probe 1901 is irradiated onto the recording medium 1902 on the substrate to perform recording / reproduction. Recording is performed using near-field light with high intensity by increasing the intensity of laser light, and near-field light with low intensity is applied to the recording medium 1902 by weakening the intensity of laser light to scatter the transmitted light. Condensing lens 1
Avalanche photodiode 190 after condensing at 903
In step 4, the intensity is detected to produce a reproduction signal, which is input to the recording / reproduction control computer 1905.

【0108】記録再生制御コンピュータ1905から回
転モータ駆動回路1906を介して回転モータを駆動
し、近接場光プローブ1901に対して記録媒体190
2を回転させる。前述のイルミネーションモードのSN
OM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19
05に入力し、近接場光プローブ1901に対する記録
媒体1902の位置合わせを行うために用いられる。
The recording / reproduction control computer 1905 drives the rotary motor through the rotary motor drive circuit 1906 to drive the recording medium 190 to the near-field optical probe 1901.
Rotate 2. SN of the illumination mode mentioned above
The AFM signal obtained in the same manner as the OM is a recording / reproduction control computer 19 as a control signal for positioning (tracking).
05, and is used to align the recording medium 1902 with the near-field optical probe 1901.

【0109】本発明の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
も記録媒体表面を破壊することなく、安定した記録再生
を行うことができた。
By constructing a storage device using the near-field optical probe of the present invention, even if scanning is performed with the probe tip in contact with a soft recording medium such as an organic material, the surface of the recording medium is not destroyed. It was possible to perform stable recording and reproduction.

【0110】[0110]

【発明の効果】本発明によれば、探針下部の導波路層に
探針形状に適応した所望の性能を持つグレーティングを
作製するに際し、その作製が容易であり、かつ作製工程
に要求される精度の誤差を許容することが可能となる探
針及びその製造方法を提供することができ、また、この
ようなグレーティングパターンを有する構造を含む近接
場光を検知または照射する探針、該探針を有するプロー
ブ、及び該プローブを有する情報処理装置、表面観察装
置、露光装置、該露光装置による光学素子等を実現する
ことができる。
According to the present invention, when a grating having a desired performance adapted to the shape of the probe is manufactured in the waveguide layer under the probe, the manufacturing is easy and required in the manufacturing process. A probe capable of allowing an error in accuracy and a method for manufacturing the same, and a probe for detecting or irradiating near-field light including a structure having such a grating pattern, and the probe It is possible to realize a probe having a probe, an information processing device having the probe, a surface observation device, an exposure device, and an optical element by the exposure device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の球面波と平面波の干渉パターンから求
められたグレーティングパターンに係る条件式を説明す
るための概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a conditional expression relating to a grating pattern obtained from an interference pattern of a spherical wave and a plane wave of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態におけるプローブの製造工
程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the probe according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態におけるプローブの製造工
程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the probe according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態におけるプローブの製造工
程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the probe according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態におけるグレーティングの
最大長さ、2次元図形の定義を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the maximum length of a grating and the definition of a two-dimensional figure in the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態における、圧着工程での横
方向の位置の誤差を許容する手法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a method of allowing a lateral position error in a crimping step in the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態における、プローブ内に作
製されるグレーティングの形態を示す図である
FIG. 7 is a diagram showing a form of a grating formed in a probe according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例1〜実施例9におけるプローブ
の使用形態の例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a usage pattern of a probe in Examples 1 to 9 of the present invention.

【図9】本発明の実施例1、実施例4〜実施例9におけ
るプローブの製造工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe according to the first embodiment and the fourth to ninth embodiments of the present invention.

【図10】本発明の実施例1〜実施例9におけるプロー
ブの製造工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the process of manufacturing a probe according to Examples 1 to 9 of the present invention.

【図11】本発明の実施例1〜実施例9におけるプロー
ブの製造工程を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the process of manufacturing the probe according to Examples 1 to 9 of the present invention.

【図12】本発明のグレーティングの集光角度を貫通孔
内面の斜辺の角度に対して補正する際の最適性能を得る
ための条件式を説明するための概略図である。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a conditional expression for obtaining optimum performance when correcting the light collection angle of the grating of the present invention with respect to the angle of the hypotenuse of the inner surface of the through hole.

【図13】本発明の実施例2における探針の製造工程を
示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe according to the second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施例2における探針の製造工程を
示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe according to the second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施例2における探針の斜視図であ
る。
FIG. 15 is a perspective view of a probe according to a second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例4における探針の製造工程を
示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施例1〜実施例12におけるプロ
ーブを用いた表面観察装置の例を示す概略図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of a surface observation apparatus using a probe in Examples 1 to 12 of the present invention.

【図18】本発明の実施例1〜13におけるプローブを
用いた表面観察装置の例を示す概略図である。
FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of a surface observation apparatus using a probe in Examples 1 to 13 of the present invention.

【図19】本発明の実施例1〜実施例11、実施例14
におけるプローブを用いた露光装置の例を示す概略図で
ある。
FIG. 19 is a first to eleventh embodiment and a fourteenth embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing an example of an exposure apparatus using the probe in FIG.

【図20】本発明の実施例1〜実施例11、実施例15
におけるプローブを用いた情報処理装置の例を示す概略
図である。
FIG. 20 shows Examples 1 to 11 and 15 of the present invention.
3 is a schematic diagram showing an example of an information processing device using the probe in FIG.

【図21】本発明の略三角錐状の貫通孔を有する探針の
製造方法の工程の断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view of a step of the method for manufacturing the probe having the substantially triangular pyramid-shaped through hole of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板1 2:錐状の窪み 3:二酸化シリコン 4:遮光層 5:探針 6:窒化シリコン膜 7:基板2 8:遮光層 9:導波路層 10:遮光層 11:開口 12:グレーティング 13:第一基板 14:保護層 15:凹部 16:剥離層 17:遮光層 18:第二基板 19:マスク層 20:V溝 21:遮光層Α 22:導波路層 23:遮光層B 24:開口部 25:膜厚調整層 26:微小開口 27:マスク層 28:第一基板 29:保護層 30:凸部 31:剥離層 32:支持層 33:凹部 34:探針材料層 35:第一基板 36:マスク層 37:凸部 38:剥離層 39:支持層 40:凹部 41:探針材料層 1601:レーザ駆動回路 1602:面発光型レーザ 1603:光プローブ 1604:基板 1605:試料 1606:集光レンズ 1607:光電子倍増管 1608:計測制御コンピュータ 1609:ΑFMレーザ 1610:ニ分割センサ 1611:xyzステージ 1612:ステージ駆動回路 1613:ディスプレイ 1701:SNOM用レーザ 1702:直角プリズム 1703:基板 1704:試料 1705:光プローブ 1706:フォトダイオード 1707:計測制御コンピュータ 1801:光プローブ 1802:レジスト 1803:露光用面発光レーザ 1804:位置合わせ・露光制御用コンピュータ 1901:光プローブ 1902:記録媒体 1903:集光レンズ 1904:アバランシェフォトダイオード 1905:記録再生制御コンピュータ 1906:回転モータ駆動回路 2001:第一基板 2002:保護層 2003:凹部 2004:剥離層 2005:遮光層 1: substrate 1 2: Conical depression 3: Silicon dioxide 4: Light shielding layer 5: Probe 6: Silicon nitride film 7: Substrate 2 8: Light shielding layer 9: Waveguide layer 10: Light shielding layer 11: opening 12: Grating 13: First substrate 14: Protective layer 15: Recess 16: Release layer 17: Light shielding layer 18: Second substrate 19: Mask layer 20: V groove 21: Shading layer A 22: Waveguide layer 23: Light-shielding layer B 24: Opening 25: Film thickness adjusting layer 26: Micro aperture 27: Mask layer 28: First substrate 29: Protective layer 30: convex part 31: Release layer 32: Support layer 33: Recess 34: Probe material layer 35: First substrate 36: Mask layer 37: convex part 38: Release layer 39: Support layer 40: Recess 41: Probe material layer 1601: Laser drive circuit 1602: surface emitting laser 1603: Optical probe 1604: substrate 1605: sample 1606: Condensing lens 1607: Photomultiplier tube 1608: Measurement control computer 1609: AFM laser 1610: Two-divided sensor 1611: xyz stage 1612: Stage drive circuit 1613: Display 1701: Laser for SNOM 1702: Right angle prism 1703: substrate 1704: sample 1705: Optical probe 1706: Photodiode 1707: Measurement control computer 1801: Optical probe 1802: Resist 1803: Surface emitting laser for exposure 1804: Computer for alignment / exposure control 1901: Optical probe 1902: recording medium 1903: condenser lens 1904: Avalanche photodiode 1905: Recording / reproduction control computer 1906: rotary motor drive circuit 2001: First substrate 2002: Protective layer 2003: recess 2004: Release layer 2005: Light shielding layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G12B 21/06 G12B 1/00 601C Fターム(参考) 2H047 LA01 MA01 PA01 PA24 QA04 RA01 RA04 RA06 TA43 2H049 AA14 AA26 AA34 AA37 AA55 AA62 5D119 JA22 JA41 5D789 CA21 CA22 CA23 JA22 JA41 JA66 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G12B 21/06 G12B 1/00 601C F term (reference) 2H047 LA01 MA01 PA01 PA24 QA04 RA01 RA04 RA06 TA43 2H049 AA14 AA26 AA34 AA37 AA55 AA62 5D119 JA22 JA41 5D789 CA21 CA22 CA23 JA22 JA41 JA66

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】錐状の光学的貫通孔が形成された部材と、
該部材の下方に位置する導波路層を備えた探針におい
て、 前記部材の下方に位置する前記導波路層の表面に形成さ
れたグレーティングが、探針内の球面波と導波路層内の
平面波の干渉パターンから求められたグレーティングパ
ターンを有することを特徴とする探針。
1. A member having a conical optical through hole formed therein,
In a probe provided with a waveguide layer located below the member, a grating formed on a surface of the waveguide layer located below the member includes a spherical wave in the probe and a plane wave in the waveguide layer. A probe having a grating pattern obtained from the interference pattern of 1.
【請求項2】前記グレーティングパターンが、つぎの条
件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の探針。 ここで、 m:整数。 α:グレーティングの最大長さ。 θ1:グレーティングから導かれた光の集光角度。 ただし、αは略貫通孔内部の底面である二次元図形の最
大長さとし、θ1は略貫通孔内面の角度とする。x軸は
導波路層内の平面波の導波方向にとり、 導波路層内にx軸と垂直にy軸をとる。x,y軸に垂直
にz軸をとる。グレーティングの焦点からxy平面に降
ろした垂線の足を座標軸の原点にとる。λ:入射光の波
長。 n1:導波路層の屈折率。 n2:貫通孔内部の屈折率。
2. The probe according to claim 1, wherein the grating pattern satisfies the following conditional expression. here, m: integer. α: Maximum length of grating. θ1: Convergence angle of light guided from the grating. Here, α is the maximum length of the two-dimensional figure that is the bottom surface inside the through hole, and θ1 is the angle of the inside surface of the through hole. The x-axis is in the waveguide direction of the plane wave in the waveguide layer, and the y-axis is in the waveguide layer perpendicular to the x-axis. The z axis is taken perpendicular to the x and y axes. The foot of the perpendicular drawn from the focal point of the grating to the xy plane is taken as the origin of the coordinate axes. λ: wavelength of incident light. n 1 : Refractive index of the waveguide layer. n 2 : Refractive index inside the through hole.
【請求項3】前記貫通孔は、その形状が略四角錐である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の探
針。
3. The probe according to claim 1, wherein the through-hole has a substantially square pyramid shape.
【請求項4】前記略四角錐の貫通孔が、Siの結晶軸異
方性エッチングによって形成された貫通孔であることを
特徴とする請求項3に記載の探針。
4. The probe according to claim 3, wherein the substantially quadrangular pyramid through hole is a through hole formed by Si crystal axis anisotropic etching.
【請求項5】前記貫通孔は、その形状が略三角錐である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の探
針。
5. The probe according to claim 1, wherein the through hole has a substantially triangular pyramid shape.
【請求項6】前記略三角錐の貫通孔が、Si、GaΑ
s、GaPをエッチングによって形成された貫通孔であ
ることを特徴とする請求項5に記載の探針。
6. The substantially triangular pyramid through hole is formed of Si, GaA.
The probe according to claim 5, wherein the probe is a through hole formed by etching s and GaP.
【請求項7】前記貫通孔は、その形状が略円錐であるこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の探針。
7. The probe according to claim 1, wherein the through hole has a substantially conical shape.
【請求項8】前記略円錐の貫通孔が、Siをエッチング
することによって形成された貫通孔であることを特徴と
する請求項7に記載の探針。
8. The probe according to claim 7, wherein the substantially conical through hole is a through hole formed by etching Si.
【請求項9】前記グレーティングは、貫通孔内面の斜辺
と探針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角度
をθ2、貫通孔の底面の最大長さをβとし、探針下部に
作製する最大長さαを有する2次元形状グレーティング
における探針圧着工程の横方向の位置の誤差を△とした
とき、その焦点距離を表すα/(2tanθ1)が、つ
ぎの条件を満たすように設定されていることを特徴とす
る請求項1〜8のいずれか1項に記載の探針。 ただし、y1は、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものと
する。
9. The grating is formed in the lower portion of the probe, with an angle between the hypotenuse of the inner surface of the through hole and a perpendicular line from the probe apex to the bottom surface of the through hole being θ2, and the maximum length of the bottom surface of the through hole being β. When the lateral position error in the probe crimping process in the two-dimensional grating having the maximum length α is Δ, the focal length α / (2tan θ 1 ) is set to satisfy the following condition. The probe according to claim 1, wherein the probe is provided. However, y 1 is Let the simultaneous equations of y be significant among the solutions solved for y.
【請求項10】前記グレーティングは、その最大長さが
前記部材の裾部に形成された探針台座部分間の長さより
小さく、前記貫通孔の底面の最大長さよりも大きい長さ
を有することを特徴とする請求項9に記載の探針。
10. The grating has a maximum length that is smaller than a length between probe pedestal portions formed at a hem portion of the member and larger than a maximum length of a bottom surface of the through hole. The probe according to claim 9, which is characterized in that:
【請求項11】前記グレーティングは、貫通孔内面の斜
辺と探針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角
度をθ2、貫通孔の底面の最大長さをβとするとき、探
針下部に作製する最大長さα、集光角度θ1を有する2
次元形状グレーティングの焦点距離における探針圧着工
程の縦方向の位置の誤差を△としたとき、その焦点距離
を表すα/(2tanθ1)が、つぎの条件を満たすよ
うに設定されていることを特徴とする請求項1〜8のい
ずれか1項に記載の探針。 ただし、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものを
1とし、このy1が最小となるようなα/(2tanθ
1)の値をZ1とする。
11. The probe is characterized in that the angle between the hypotenuse of the inner surface of the through hole and a perpendicular line from the probe apex to the bottom surface of the through hole is θ 2 and the maximum length of the bottom surface of the through hole is β. 2 with a maximum length α and a collection angle θ 1 to be produced in the lower part
When the vertical position error in the probe crimping process at the focal length of the three-dimensional shape grating is Δ, α / (2tan θ 1 ) representing the focal length is set so as to satisfy the following condition. The probe according to any one of claims 1 to 8, which is characterized. However, Of the solutions obtained by solving the simultaneous equations of y with respect to y, the significant one is defined as y 1, and α / (2 tan θ that minimizes this y 1
Let the value of 1 ) be Z 1 .
【請求項12】前記グレーティングが、複数のグレーテ
ィングを並べた集合体により構成されていることを特徴
とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の探針。
12. The probe according to claim 9, wherein the grating is composed of an assembly of a plurality of gratings arranged side by side.
【請求項13】前記グレーティングが、複数のグレーテ
ィングの重ね合わせ部分をずらして配置することにより
構成されていることを特徴とする請求項9〜11のいず
れか1項に記載の探針。
13. The probe according to any one of claims 9 to 11, wherein the grating is formed by arranging a plurality of overlapping portions of the grating so as to be offset from each other.
【請求項14】前記貫通孔は、その内面が反射による集
光作用を有することを特徴とする請求項1〜13のいず
れか1項に記載の探針。
14. The probe according to claim 1, wherein an inner surface of the through hole has a condensing function by reflection.
【請求項15】錐状の光学的貫通孔が形成された部材
を、該部材の下方に位置する導波路層を備えた部材に転
写し、探針を作製する探針の製造方法において、 前記導波路層の表面にグレーティングを形成するに際し
て、該導波路層のグレーティング形成面に、探針内の球
面波と導波路層内の平面波とを干渉させてなる干渉パタ
ーンを投影し、該干渉パターンをグレーティングパター
ンとしてパターニングすることを特徴とする探針の製造
方法。
15. A method for manufacturing a probe, wherein a member having a conical-shaped optical through hole is transferred to a member having a waveguide layer located below the member to manufacture a probe. When forming a grating on the surface of the waveguide layer, an interference pattern formed by causing a spherical wave in the probe and a plane wave in the waveguide layer to interfere with each other is projected on the grating formation surface of the waveguide layer, and the interference pattern A method for manufacturing a probe, comprising patterning as a grating pattern.
【請求項16】前記グレーティングパターンが、つぎの
条件式を満たすことを特徴とする請求項15に記載の探
針の製造方法。 ここで、 m:整数。 α:グレーティングの最大長さ。 θ1:グレーティングから導かれた光の集光角度。 ただし、αは略貫通孔内部の底面である二次元図形の最
大長さとし、θ1は略貫通孔内面の角度とする。x軸は
導波路層内の平面波の導波方向にとり、 導波路層内にx軸と垂直にy軸をとる。x,y軸に垂直
にz軸をとる。グレーティングの焦点からxy平面に降
ろした垂線の足を座標軸の原点にとる。 λ:入射光の波長。 n1:導波路層の屈折率 n2:貫通孔内部の屈折率。
16. The method of manufacturing a probe according to claim 15, wherein the grating pattern satisfies the following conditional expression. here, m: integer. α: Maximum length of grating. θ1: Convergence angle of light guided from the grating. Here, α is the maximum length of the two-dimensional figure that is the bottom surface inside the through hole, and θ1 is the angle of the inside surface of the through hole. The x-axis is in the waveguide direction of the plane wave in the waveguide layer, and the y-axis is in the waveguide layer perpendicular to the x-axis. The z axis is taken perpendicular to the x and y axes. The foot of the perpendicular drawn from the focal point of the grating to the xy plane is taken as the origin of the coordinate axes. λ: wavelength of incident light. n 1 : Refractive index of the waveguide layer n 2 : Refractive index inside the through hole.
【請求項17】前記貫通孔を、略四角錐に形成すること
を特徴とする請求項15または請求項16に記載の探針
の製造方法。
17. The method for manufacturing a probe according to claim 15, wherein the through hole is formed into a substantially quadrangular pyramid.
【請求項18】前記略四角錐の貫通孔を、Siの結晶軸
異方性エッチングによって形成することを特徴とする請
求項17に記載の探針の製造方法。
18. The method for manufacturing a probe according to claim 17, wherein the through hole of the substantially quadrangular pyramid is formed by Si crystal axis anisotropic etching.
【請求項19】前記貫通孔を、略三角錐に形成すること
を特徴とする請求項15または請求項16に記載の探針
の製造方法。
19. The method of manufacturing a probe according to claim 15, wherein the through hole is formed in a substantially triangular pyramid.
【請求項20】前記略三角錐の貫通孔を、Si、GaΑ
s、GaPをエッチングによって形成することを特徴と
する請求項19に記載の探針の製造方法。
20. The through hole of the substantially triangular pyramid is made of Si, GaA
20. The method for manufacturing a probe according to claim 19, wherein s and GaP are formed by etching.
【請求項21】前記貫通孔を、略円錐に形成することを
特徴とする請求項15または請求項16に記載の探針の
製造方法。
21. The method for manufacturing a probe according to claim 15, wherein the through hole is formed in a substantially conical shape.
【請求項22】前記略円錐の貫通孔を、Siをエッチン
グすることによって形成することを特徴とする請求項2
1に記載の探針の製造方法。
22. The substantially conical through hole is formed by etching Si.
1. The method for manufacturing the probe according to 1.
【請求項23】前記グレーティングは、貫通孔内面の斜
辺と探針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角
度をθ2、貫通孔の底面の最大長さをβとし、探針下部
に作製する最大長さαを有する2次元形状グレーティン
グにおける探針圧着工程の横方向の位置の誤差を△とし
たとき、その焦点距離を表すα/(2tanθ1)が、
つぎの条件を満たすように設定することを特徴とする請
求項15〜22のいずれか1項に記載の探針の製造方
法。 ただし、y1は、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものと
する。
23. The grating is formed in the lower portion of the probe, with an angle between the hypotenuse of the inner surface of the through hole and a perpendicular line extending from the probe apex to the bottom surface of the through hole being θ2, and the maximum length of the bottom surface of the through hole being β. When the error in the lateral position of the probe crimping process in the two-dimensional shape grating having the maximum length α is Δ, then α / (2tan θ 1 ) representing the focal length is
23. The method for manufacturing a probe according to claim 15, wherein the probe is set so as to satisfy the following condition. However, y 1 is Let the simultaneous equations of y be significant among the solutions solved for y.
【請求項24】前記グレーティングは、その最大長さが
前記部材の裾部に形成された探針台座部分間の長さより
小さく、前記貫通孔の底面の最大長さよりも大きい長さ
に形成することを特徴とする請求項23に記載の探針の
製造方法。
24. The grating has a maximum length smaller than a length between probe pedestal portions formed at a hem of the member and larger than a maximum length of a bottom surface of the through hole. The method for manufacturing a probe according to claim 23, wherein:
【請求項25】前記グレーティングは、貫通孔内面の斜
辺と探針頂点から貫通孔底面におろした垂線とのなす角
度をθ2、貫通孔の底面の最大長さをβとするとき、探
針下部に作製する最大長さα、集光角度θ1を有する2
次元形状グレーティングの焦点距離における探針圧着工
程の縦方向の位置の誤差を△としたとき、その焦点距離
を表すα/(2tanθ1)が、つぎの条件を満たすよ
うに設定することを特徴とする請求項15〜22のいず
れか1項に記載の探針の製造方法。 ただし、 の連立方程式をyについて解いた解のうち有意なものを
1とし、このy1が最小となるようなα/(2tanθ
1)の値をZ1とする。
25. When the angle between the hypotenuse of the inner surface of the through hole and the perpendicular line from the probe apex to the bottom surface of the through hole is θ 2 and the maximum length of the bottom surface of the through hole is β, the grating is a probe. 2 with a maximum length α and a collection angle θ 1 to be produced in the lower part
When the vertical position error in the probe crimping process at the focal length of the three-dimensional shaped grating is Δ, α / (2tan θ 1 ) representing the focal length is set so as to satisfy the following condition. The method for manufacturing a probe according to any one of claims 15 to 22. However, Of the solutions obtained by solving the simultaneous equations of y with respect to y, the significant one is defined as y 1, and α / (2 tan θ that minimizes this y 1
Let the value of 1 ) be Z 1 .
【請求項26】前記グレーティングを、複数のグレーテ
ィングを並べた集合体によって形成することを特徴とす
る請求項23〜25のいずれか1項に記載の探針の製造
方法。
26. The method for manufacturing a probe according to claim 23, wherein the grating is formed by an aggregate in which a plurality of gratings are arranged.
【請求項27】前記グレーティングを、複数のグレーテ
ィングの重ね合わせ部分をずらして配置することによっ
て形成することを特徴とする請求項23〜25のいずれ
か1項に記載の探針の製造方法。
27. The method of manufacturing a probe according to claim 23, wherein the grating is formed by arranging a plurality of overlapping portions of the gratings so as to be offset from each other.
【請求項28】前記貫通孔に、その内面が反射による集
光作用を持たせるように形成することを特徴とする請求
項15〜27のいずれか1項に記載の探針の製造方法。
28. The method for manufacturing a probe according to claim 15, wherein the through hole is formed so that an inner surface thereof has a condensing effect by reflection.
【請求項29】請求項1〜14のいずれか1項に記載の
探針、または請求項15〜28のいずれか1項に記載の
探針の製造方法による探針を有することを特徴とするプ
ローブ。
29. A probe according to any one of claims 1 to 14 or a probe manufactured by the method for manufacturing a probe according to any one of claims 15 to 28. probe.
【請求項30】請求項29に記載のプローブを有するこ
とを特徴とする情報処理装置。
30. An information processing apparatus comprising the probe according to claim 29.
【請求項31】請求項29に記載のプローブを有するこ
とを特徴とする表面観察装置。
31. A surface observation device comprising the probe according to claim 29.
【請求項32】請求項29に記載のプローブを有するこ
とを特徴とする露光装置。
32. An exposure apparatus comprising the probe according to claim 29.
【請求項33】請求項32に記載の露光装置を用いて作
製した光学素子。
33. An optical element produced by using the exposure apparatus according to claim 32.
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