DE19923444A1 - Lichttransparente Sondenspitze sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen - Google Patents

Lichttransparente Sondenspitze sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen

Info

Publication number
DE19923444A1
DE19923444A1 DE19923444A DE19923444A DE19923444A1 DE 19923444 A1 DE19923444 A1 DE 19923444A1 DE 19923444 A DE19923444 A DE 19923444A DE 19923444 A DE19923444 A DE 19923444A DE 19923444 A1 DE19923444 A1 DE 19923444A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
probe tip
transparent probe
absorbing layer
passage opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19923444A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19923444C2 (de
Inventor
J Brugger
N F Van Hulst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19923444A priority Critical patent/DE19923444C2/de
Priority to PCT/EP2000/004655 priority patent/WO2000072076A1/de
Publication of DE19923444A1 publication Critical patent/DE19923444A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19923444C2 publication Critical patent/DE19923444C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70383Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/10Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field
    • G11B11/105Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field using a beam of light or a magnetic field for recording by change of magnetisation and a beam of light for reproducing, i.e. magneto-optical, e.g. light-induced thermomagnetic recording, spin magnetisation recording, Kerr or Faraday effect reproducing
    • G11B11/10532Heads
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1387Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector using the near-field effect

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Beschrieben wird eine lichttransparente Sondenspitze zur gezielten Lichtemission und/oder zum Lichtempfang für den Einsatz in einem optischen Analyse- oder Bearbeitungssystem zur Untersuchung und/oder Bearbeitung von Oberflächen mit einer optischen Auflösung im sub-Lichtwellenlängenbereich, die einen aus einem lichtleitenden Material bestehenden Körper aufweist mit einer Oberfläche, die von einer lichtabsorbierenden Schicht überzogen ist, die durch wenigstens eine Durchtrittsöffnung unterbrochen ist, durch die Licht hindurchtritt. Ferner wird ein Herstellungsverfahren beschrieben, mit dem die Sondenspitze herstellbar ist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Durchtrittsöffnung durch die Schicht bündig mit der Schichtoberfläche mit dem lichtleitenden Material gefüllt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine lichttransparente Sondenspitze sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen zur gezielten Lichtemission und/oder zum Lichtempfang für den Einsatz in einem optischen Analyse- oder Bearbeitungssystem zur Untersuchung und/oder Bearbeitung von Oberflächen mit einer optischen Auflösung im sub-Lichtwellenlängenbereich, die einen aus einem lichtleitenden Material bestehenden Körper aufweist mit einer Oberfläche, die von einer lichtabsorbierenden Schicht überzogen ist, die durch wenigstens eine Durchtrittsöffnung unterbrochen ist, durch die Licht hindurchtritt.
Stand der Technik
Die Erfindung des Rastertunnelmikroskops (STM) im Jahre 1982 hat eine rasante Entwicklung von artverwandten Rasterprobenmikroskopen nach sich gezogen, zum Beispiel das Rasterkraftmikroskop (AFM) oder das Nahfeld-Optische Mikroskop (SNOM). Am weitverbreitetsten ist mittlerweile das AFM, weil es die Analyse und Bearbeitung von beliebigen auch nichtleitenden Materialen ermöglicht.
Der Erfolg des AFM ist u. a. darauf zurückzuführen, daß die dazu benötigten sogenannten Tips, Proben oder Spitzen bereits in der frühen Entwicklungsphase in ausgezeichneter Qualität und günstig zur Verfügung standen. Dies war einer weiten und schnellen - fast lawinenartigen - Verbreitung des Instruments förderlich, und hat außerdem neue Techniken und Methoden ausgelöst.
Nahfeldoptische Methoden wären dem AFM in einigen Aspekten sogar überlegen, da neben topographischen auch optische Eigenschaften von Oberflächen untersucht werden können. Dieser Faktor spielt speziell in der Biologie eine wichtige Rolle, da Licht "kraftlos" einwirkt und die Struktur nicht berührt und verändert wird.
Der Grund warum SNOM noch nicht so verbreitet ist wie das AFM liegt u. a. am Mangel an qualitativ hochwertigen und kostengünstigen SNOM Spitzen. Verbesserte und günstigere SNOM Spitzen würde den Stand der Technik vieler Bereiche verbessern, so zum Beispiel die Nahfeld-Mikroskopie in Bereichen wie Biologie, Medizin, Materialkunde, aber auch Methoden der magneto-optischen Datenspeicherung und in Verfahren von Photolack-Strukturierungen der Halbleiterfertigung.
Die heutigen meistverwendeten Sonden für die Nahfeldmikroskopie sind gezogene bzw. geätzte Glasfasern 1 (siehe Fig. 1a) mit einem Metallmantel 2 und nachgefertigter Apertur 3, die typischerweise mittels folgender Prozeß-Schritte hergestellt werden: Die Form der Sondenspitze wird aus einer Glasfaser 1 gezogen und/oder geätzt (siehe Fig. 1a Schritt 1). Anschließend wird die Glasfaser 1 mit einer Metallschicht, bspw. Alu, bedampft (Schritt 2). Schließlich erfolgt eine Öffnung der Metallschicht 1 an der Spitze der Sonde, wodurch eine Durchgangsöffnung oder Apertur 3 erhalten wird (Schritt 3). Derartige NFO-Proben haben derzeit die höchste Auflösung. (Siehe hierzu auch: BETZIG E, TRAUTMAN JK, HARRIS TD, WEINER JS, KOSTELAK RL; BREAKING THE DIFFRACTION BARRIER - OPTICAL MICROSCOPY ON A NANOMETRIC SCALE; SCIENCE 251: (5000) 1468-1470 MAR 22 1991).
Allerdings ist die Geometrie der Spitze ungünstig im Bezug auf die durch die Apertur erreichbare Lichtintensität. Grund hierfür ist das sogenannte cut-off Problem. Cut-off ist ein expontieller Verlust der Intensität einer Welle längs der Ausbreitungsrichtung, sobald die lateralen Dimensionen des Leiters gleich gross oder kleiner als die Wellenlänge wird, bei sichtbarem Licht bei ca. 500 nm. Die gezogenen oder geätzten Sonden sind auf den letzten micrometer bereits sehr eng, so dass auf diesem fetzten Wegstück im Wellenleiter 3-4 Grössenordnung an Intensität "abgeschnitten" werden, und so die durchführbare Lichtmenge limitieren.
Beim Aufdampfen eines Metallfilms kann man aufgrund der freistehenden Spitze keine hochqualitativen Schichten erreichen, wie es bspw. auf planaren Oberflächen möglich ist. Es bilden sich vor allem Körner 4 an der Metallschicht 2 aus, wodurch die Dicke inhomogen wird. Das Öffnen der Apertur erfolgt mittels Fokussiertem Ionenstrahl VF und VS. Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten:
Gemäß Fig. 1b kommt der Ionenstrahl VF von vorne. Hier hat man keine Kontrolle über die genaue Tiefe des Lichtleiters hinter der Apertur 3 (was an sich bereits ein gravierender Nachteil ist). Ferner werden Körner 4, die ein Annähern der Apertur 3 an eine Arbeitsfläche verhindern, nicht entfernt werden.
Gemäß Fig. 1c kommt der Strahl VS von der Seite. Hier sind die vorherigen Probleme zwar behoben, allerdings variiert die Aperturgrösse je nach Filmdicke des Metallfilms 2 und Ansatzebene des Strahls VS.
Als weitere Nachteile der gezogenen/geätzten NFO Proben können genannt werden:
Die Proben leiden unter hohen Licht-Intensitätsverlusten, da sich das Licht auf dem Weg im Wellenleiter zur Apertur hin bereits über eine Distanz von mehreren Wellenlängen im dem sogenannten "cut-off Bereich" befindet. Dies ist mit einem exponentiellem Abfall der Intensität, typische Verluste von 3-4 Größenordnungen, auf den letzten wenigen Micrometern Weglänge im Leiter verbunden.
(Die Metallschicht wird nach dem Glasziehen/-ätzen aufgedampft, und ist somit nicht von optimaler Qualität (Körnerbildung, eng.: grains) und nicht von homogener Dicke (kleiner Radius an freistehender Glasspitze)), wie bereits erwähnt. Die NFO Proben besitzen eine Apertur, die am Ende des Herstellungsverfahrens hergestellt wird, zum Beispiel durch Ionen-Strahl oder Ätzen. Dies ist ein aufwendiger und nicht 100% reproduzierbarer Schritt, da jede Probe einzeln "von Hand" bearbeitet werden muß. Ferner leiden die Proben meistens unter schlechten Licht- Polarisationseigenschaften, da die Öffnung keine wohldefinierte Geometrie aufweisst. Sie weisen überdies kein "flaches" Ende der Sonde auf. Dies verhindert, daß die Apertur genügend nah in den Nahfeldbereich gebracht werden kann, bspw. auf Distanzen von ca. 10 nm und darunter. Daraus resultieren Intensität und Auflösungsverluste.
Eine Array-förmige Anordnung von Mehrfachspitzen scheidet mit dieser Technik aus. Grundsätzlich sind die Herstellungskosten zu hoch.
Eine Alternative zum vorgenannten Aufbau der Sondenspitze ist ihre Herstellung aus geätztem lichtleitendem Material (Glas, Quarz, Silizium-Dioxid/Nitride) mittels Mikrofabrikationsmethoden und anschließendem Bedampfen von Metall. Siehe hierzu: Cantilever probes for SNOM applications with single and double aperture tips Oesterschulze E, Rudow O, Mihalcea C, Scholz W, Werner SULTRAMICROSCOPY 71: (1-4) 85-92 MAR 1998.
Mikrofabrizierte NFO Spitzen aus geätztem Glas, Silizium Dioxide/Nitride leiden jedoch ebenfalls unter dem geometrisch bedingten, weiter oben definierten, "out-off" Phänomen. Die Apertur wird hierbei mittels Ätztechniken definiert, die im erforderten Bereich (~ 10 nm) nur eine ungenügende Präzision liefern, aufgrund von Randeffekten, Timing, kein Ätzstop, etc.
Auch sind hohle NFO Proben aus Silizium-Nitrid hergestellt mittels Abformungsprozess (wie Standard AFM Spitzen) und nachgefertigter Apertur bekannt, siehe hierzu "Microfabrication of near field optical probe", Ruiter AGT, Moers MHP, vanHulst NF, deBoer, MJOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B 14: (2) 597-601 MAR-APR 1996.
Hohle NFO Proben haben aber kein wellenleitendes Material mit hohem Brechungsindex (< 1.45), in dem das Licht geführt wird, was wiederum zu Verlusten (Intensität, Beugung, Polarisationseigenschaften, . . .) führt.
Schließlich sind auch Vorrichtungen für Sondenspitzen bzw. Proben für Sub- Wellenlängen für die optische Lithographie bekannt, die auf der Basis optischer Glasfasern oder Solid-immersion-lenses beruhen. Siehe hierzu:
Surface modification in the optical near field Krausch G, Mlynek J MICROELECTRONIC ENGINEERING 32: (1-4) 219-228 SEP 1996;
Near-field photolithography with a solid immersion lens, L. P. Ghislain et al., Applied Physics Letters Vol. 74, Number 4, 25 January 1999.
Bei Verwendung optischer Glasfasern ist die optische Intensität wiederum durch das "cut-off"-Problem limitiert, was langsame Rastergeschwindigkeiten erfordert, um den Fotolack mit der notwendigen Dosis Licht zu bestrahlen. Dies wiederum ist zu langsam als Alternative zu bestehenden Methoden. Solid-immersion-lens (SIL) ist schneller, da eine viel höhere Lichtdosis auf den Lack gebracht wird. Die Technique ist derzeit (und wahrscheinlich prinzipiell) bei ca. 100 nm lateraler Auflösung limitiert. In Zukunft werden Linienbreiten unter 100 nm und sogar von 10 nm erforderlich sein.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine lichttransparente Sondenspitze zur gezielten Lichtemission und/oder zum Lichtempfang für den Einsatz in einem optischen Analyse- oder Bearbeitungssystem zur Untersuchung und/oder Bearbeitung von Oberflächen mit einer optischen Auflösung im sub- Lichtwellenlängenbereich, die einen aus einem lichtleitenden Material bestehenden Körper aufweist mit einer Oberfläche, die von einer lichtabsorbierenden Schicht überzogen ist, die durch wenigstens eine Durchtrittsöffnung unterbrochen ist, durch die Licht hindurchtritt, derart auszubilden, daß die obengenannten Nachteile behoben werden. Ferner soll ein kostengünstiges Herstellungsverfahren beschrieben werden, mit dem es möglich ist Sondenspitzen von hoher Präzision zu erhalten.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 13 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße lichttransparente Sondenspitze zur gezielten Lichtemission und/oder zum Lichtempfang für den Einsatz in einem optischen Analyse- oder Bearbeitungssystem zur Untersuchung und/oder Bearbeitung von Oberflächen mit einer optischen Auflösung im sub-Lichtwellenlängenbereich, die einen aus einem lichtleitenden Material bestehenden Körper aufweist mit einer Oberfläche, die von einer lichtabsorbierenden Schicht überzogen ist, die durch wenigstens eine Durchtrittsöffnung unterbrochen ist, durch die Licht hindurchtritt, ist dadurch ausgebildet, daß die Durchtrittsöffnung durch die Schicht bündig mit der Schichtoberfläche mit dem lichtleitenden Material gefüllt ist.
Die neuartige NFO Struktur zeigt eine wesentlich höhere Lichtintensität (~ 1000fach) durch eine den "cut-off" wesentlich reduzierende Geometrie, bei gleichbleibender Apertur (Auflösung) und steigert somit die Signalgüte von optischer Mikroskopie sowie den Durchsatz bei Photolack-Lithographie Anwendungen.
Sie zeigt eine gut definierte Polarisation Eigenschaft durch eine symmetrische Geometrie der Apertur und des Wellenleiters im Bereich und in der Apertur.
Sie zeigt darüberhinaus eine NFO Struktur mit flacher Front und erlaubt ein Annähern der Apertur an die zu bearbeitende Fläche bis in den Nahfeldbereich (<10 nm) mit hoher Auflösung und hoher Intensität.
Die erfindungsgemäße Sondenspitze kann ferner in höchstauflösender optischer Lithographie Einsatz finden mit gleichzeitig hoher Auflösung und Lichtintensität und steigt somit den Durchsatz. Diese Technik wird in zukünftigen (nano)elektronischen Bauteilen mit immer kleiner werdenden Ausmassen von immer größerer Bedeutung.
Die erfindungsgemäße Sondenspitze weist eine neuartige Struktur, die einsetzbar ist in höchstauflösenden Nahfeld-Optischen Methoden jenseits der beugungsbedingten Grenzen von Licht, zum Beispiel in Mikroskopie oder in optischer Photolithographie.
Um eine Auflösung in sub-Wellenlängen zu erreichen, wird der Lichtstrahl durch eine kleine Apertur, Durchgangsöffnung oder Blende mit einer Öffnungsweite von ca. 10-50 nm, geführt, die mit lichtleitendem Material gefüllt ist. Die laterale Auflösung der Lichtwelle im Nahfeldbereich (Arbeitsbereich) hinter der Apertur entspricht weitgehend der Größe der Durchgangsöffnung. Damit eine hohe Lichtintensität hinter der engen Durchgangsöffnung erzielt wird, ist diese so kurz wie nötig ausgebildet, d. h. die Schichtdicke der lichtabsorbierenden Schicht beträgt nur wenige 10 nm, um das Licht seitlich der Blende abzuschirmen.
Die Sondenspitze findet Anwendung im allen Bereichen der optischen Mikroskopie (life science, Biologie, Einzelmolekulare Detektion, DNA Analyse, etc.), in integrierter Optik, in Magnet-optische Datenspeicher, sowie in optischen Lithographie Anwendungen (für Mikroelektronik Schaltkreise, VLSI, Nanoelektronik, Strukturierung auf molekularer Skala, . . .).
Die Struktur verbindet die zwei wichtigsten Anforderungen für die oben genannten Anwendungen:
  • 1. hohe Intensität des Lichtes (dies ist wichtig für eine hohe Signalgüte in Mikroskopie, und für eine hohe Dosis bei Photolack-Strukturierungsprozessen;
  • 2. eine kleine Apertur (für eine hohe laterale Auflösung).
Vorteilhafte Eigenschaften der Sondenspitze sind folgende:
  • - die Nachbarregion um die Durchgangsöffnung ist genügend flach bzw. eben ausgebildet und bildet somit einen genügend großen Akzeptanzwinkel für das einfallende Licht, ohne dass Intensitätsverluste auftreten,
  • - die Struktur ist durch ein neuartiges "nano-molding" Verfahren hergestellt, wobei vorab zuerst die Apertur in geeignetem lichtabweisendem Material hergestellt und danach mit wellenleitendem Material konformal aufgefüllt wird.
Das Verfahren zur Herstellung einer lichttransparenten Sondenspitze ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
  • - Ausbilden einer die räumliche Gestalt des lichtleitenden Körpers bestimmenden Form,
  • - Abscheiden einer lichtabsorbierenden Schicht auf der Formoberfläche,
  • - Einbringen von Durchgangsöffnungen in die auf der Formoberfläche abgeschiedenen, lichtabsorbierende Schicht,
  • - Ausfüllen der Form mit, zu einem lichtleitenden Körper erstarrenden Material und
  • - Isolieren des erstarrten lichtleitenden Körpers mit der lichtabsorbierenden Schicht aus der Form.
Die Struktur kann mit dem vorstehend mikrotechnischen Verfahren kostengünstig, in großen Mengen, und reproduzierbar hergestellt werden, da die Form wiederverwendbar ist. Das Verfahren ist auch geeignet für die Herstellung von "arrays", die einsetzbar sind in paralleler optischer Bearbeitung/Analyse von Oberflächen. Dabei wird bei gleichbleibender Höchstauflösung ein hoher Durchsatz erreicht (Wafer lithographie).
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a-c lichttransparente Sondenspitze gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2a-d alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen lichttransparenten Sondenspitze,
Fig. 3 lichttransparente Sondenspitze an flexiblen Balken und
Fig. 4 Sequenzbilder zum Herstellungsverfahren.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Bezüglich Fig. 1 wird auf das Vorstehende in der Beschreibungsgeinleitung zur Würdigung des Standes der Technik hingewiesen.
In Fig. 2a ist eine Sondenspitze dargestellt, die im wesentlichen aus einem, eine ebene Oberfläche 7 aufweisenden Körper 5 besteht, der aus lichtleitendem Material, bspw. Polymer, PDMS, SU8, Glas oder Ähnlichem gefertigt ist. Ferner sind licht­ emittierende Polymere (OLED = organic light emitting diodes) als aktive Lichtquellen denkbar, die das Licht durch die Blende emittiert.
An der ebenen Oberfläche ist eine Metallschicht 2 aufgebracht die eine Durchgangsöffnung 3, die sogenannte Apertur vorsieht. Die Durchgangsöffnung 3 ist vollständig mit dem lichtleitendem Material befüllt. Die Oberfläche der Metallschicht 2 und die Durchgangsöffnung sind zur Seite der Oberfläche 6 bündig gefertigt.
Die Durchgangsöffnung weist einen Durchmesser A ca. zwischen 10 und 50 nm auf. Die Dicke der Metallschicht beträgt dabei D ~ 10-30 nm. Die Apertur der Durchgangsöffnung weist einen großen Öffnungswinkel von mindestens 90 Grad für einfallendes Licht auf.
Die Metallschicht 3 und das lichtleitende Material in der Durchgangsöffnung befinden sich auf der der Arbeitsfläche 6 zugewandten Seite auf gleicher Ebene; daher kann der Lichtleiter bis in den Nahfeldbereich an die zu bearbeitende Oberfläche angenähert werden (< 10 nm). Die Struktur kombiniert somit eine hohe Intensität mit extrem hoher lateraler Auflösung. Das "cut-off" Problem tritt hier praktisch nicht mehr auf.
Eine Variation der Sondenspitze ist in Fig. 2b dargestellt. Sie besitzt die Form einer geköpften umgestülpten Pyramide, bzw. eines Kegelstumpfes. Damit wird Zugang zu rauhen Oberflächen gewährleistet (wie AFM). In diesem Fall wird die Fläche minimal gehalten. Das lichtleitende Material des Körpers 5 ist konformal in die Metallschicht 2 bis zur Durchgangsöffnung 3 eingefüllt worden.
Eine weitere Variation ist in Fig. 2c dargestellt. Hier ist der lichtleitende Körper 5 halbkreisförmig ausgebildet.
In Fig. 2d weist der Körper 5 sowie die Metallschicht 2 mehrere Durchgangsöffnungen 3 auf, die auch arrayförmig angeordnet sein können.
Eine weitere Variation der Sondenspitze ist in Fig. 3 dargestellt. Die Sondenspitze befindet sich auf einer flexiblen Membrane 7 oder Biegebalken (wie AFM), um Höhenunterschiede ausgleichen zu können.
Der Herstellungsprozess ist in Fig. 4 gezeigt. Er zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
Schritt 1: Ätzen einer Mulde mit der (negativen)Form der späteren Struktur
Schritt 2: Deposition des Metall Films 2; die zu bedampfende Fläche ist planar (im Gegensatz zu geätzten Spitzen). Somit wird hier eine verbesserte Qualität mit wohldefinierter Schicktdicke erreicht
Schritt 3: Öffnen der Apertur 3 (lithographie, lift-off, focussed ion beam)
Schritt 4: Konformales Füllen der Apertur 3 mit wellenleitendem Material 5 (polymer, PDMS, SU8, glass . . .); diese Materialien formen Geometrien bis in den Nanometer Bereich konformal ab
Schritt 5: Polimerisation/Verhärtung des Materials und Entfernen der Struktur aus der Mulde.
Wiederverwenden der Mulde/Form.
Eine Variation benutzt eine Opferschicht zwischen Metall und Mulde, die am Schluß selektiv entfernt wird. Eine weitere Variation benutzt eine bereits freistehende Metallapertur und füllt sie mit lichtleitendem Material; dabei werden oberflächenchemische Effekte ausgenutzt (Oberflächenspannung polarer Materialen sowie Kapillareffekte) um die Apertur optimal zu füllen).

Claims (20)

1. Lichttransparente Sondenspitze zur gezielten Lichtemission und/oder zum Lichtempfang für den Einsatz in einem optischen Analyse- oder Bearbeitungssystem zur Untersuchung und/oder Bearbeitung von Oberflächen mit einer optischen Auflösung im sub-Lichtwellenlängenbereich, die einen aus einem lichtleitenden Material bestehenden Körper aufweist mit einer Oberfläche, die von einer lichtabsorbierenden Schicht überzogen ist, die durch wenigstens eine Durchtrittsöffnung unterbrochen ist, durch die Licht hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung durch die Schicht bündig mit der Schichtoberfläche mit dem lichtleitenden Material gefüllt ist.
2. Lichttransparente Sondenspitze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich der Schichtoberfläche unmittelbar um die Durchtrittsöffnung angrenzend eben ausgebildet ist.
3. Lichttransparente Sondenspitze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist mit einem Durchmesser zwischen 10 und 50 nm.
4. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht eine Schichtdicke von etwa 10-30 nm aufweist.
5. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eben um die Durchtrittsöffnung ausgebildete Bereich wenigstens eine 100 nm breit ist.
6. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht als Metallfilm ausgebildet ist.
7. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung einen Öffnungswinkel von 90° für durch die Durchtrittsöffnung hindurchtretendes Licht aufweist.
8. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Körper kegelstumpfartig ausgebildet ist und eine Kegelstumpffläche vorsieht, in der wenigstens eine Durchtrittsöffnung durch die lichtabsorbierende Schicht vorgesehen ist.
9. Lichttransparente Sondenspitze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung zentrisch in der Kegelstumpffläche angeordnet ist.
10. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Körper halbkreis- oder halbbogenförmig ausgebildet ist, und daß die lichtabsorbierende Schicht mittig zur Halbkreis- oder Halbbogenform wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweist.
11. Lichttransparente Sondenspitze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Halbkreis- bzw. der Halbbogenform wenigsten im Bereich der Durchtrittsöffnung flach verläuft.
12. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der lichttransparente Körper eine ebene Oberfläche aufweist, und daß die lichtabsorbierende Schicht eine Vielzahl nebeneinander, vorzugsweise arrayförmig angeordnete Durchgangsöffnungen vorsieht.
13. Lichttransparente Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der lichttransparente Körper an einem flexiblen Biegebalken befestigt ist, und somit wie ein AFM Topographien der Oberfläche abbildet.
14. Verfahren zur Herstellung einer lichttransparenten Sondenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Ausbilden einer die räumliche Gestalt des lichtleitenden Körpers bestimmenden Form,
  • - Abscheiden einer lichtabsorbierenden Schicht auf der Formoberfläche,
  • - Einbringen von Durchgangsöffnungen in die auf der Formoberfläche abgeschiedenen, lichtabsorbierende Schicht,
  • - Ausfüllen der Form mit, zu einem lichtleitenden Körper erstarrenden Material und
  • - Isolieren des erstarrten lichtleitenden Körpers mit der lichtabsorbierenden Schicht aus der Form.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Formoberfläche mittels Ätzprozeß hergestellt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtabsorbierende Schicht Metall im Rahmen eines Abscheideprozesses auf der Formoberfläche mit einer homogenen Verteilung abgeschieden wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Metall im Rahmen eines Aufdampf- oder Sputterprozesses aufgetragen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen der Durchgangsöffnungen mittels Ätz- Verfahren erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und der Formoberfläche eine Zwischenschicht eingebracht wird, die nach der Isolation des lichtleitenden Körpers aus der Form von der lichtabsorbierenden Oberfläche entfernt wird.
20. Verwendung der lichttransparenten Sondenspitze in der Raster-Nahfeld­ optischen Mikroskopie oder der Photolack-Lithographie.
DE19923444A 1999-05-21 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung einer lichttransparenten Sondenspitze Expired - Fee Related DE19923444C2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19923444A DE19923444C2 (de) 1999-05-21 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung einer lichttransparenten Sondenspitze
PCT/EP2000/004655 WO2000072076A1 (de) 1999-05-21 2000-05-22 Lichttransparente sondenspitze sowie verfahren zur herstellung einer solchen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19923444A DE19923444C2 (de) 1999-05-21 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung einer lichttransparenten Sondenspitze

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19923444A1 true DE19923444A1 (de) 2000-11-30
DE19923444C2 DE19923444C2 (de) 2003-01-02

Family

ID=7908811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19923444A Expired - Fee Related DE19923444C2 (de) 1999-05-21 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung einer lichttransparenten Sondenspitze

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19923444C2 (de)
WO (1) WO2000072076A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1588383B1 (de) * 2003-01-31 2008-10-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. SONDE FüR EIN OPTISCHES NAHFELDMIKROSKOP UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010013458U1 (de) 2010-09-23 2010-12-30 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Sonde für aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für Ramanspektroskopie
KR102084832B1 (ko) * 2017-11-29 2020-03-04 한양대학교 산학협력단 광섬유 프로브

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4917462A (en) * 1988-06-15 1990-04-17 Cornell Research Foundation, Inc. Near field scanning optical microscopy
DE69118117T2 (de) * 1990-11-19 1996-10-24 At & T Corp Optisches Nahfeldabtastmikroskop und dessen Anwendungen

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5288999A (en) * 1990-11-19 1994-02-22 At&T Bell Laboratories Manufacturing method including near-field optical microscopic examination of a semiconductor wafer
US5121256A (en) * 1991-03-14 1992-06-09 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Lithography system employing a solid immersion lens
US5166520A (en) * 1991-05-13 1992-11-24 The Regents Of The University Of California Universal, microfabricated probe for scanning probe microscopes
US5631731A (en) * 1994-03-09 1997-05-20 Nikon Precision, Inc. Method and apparatus for aerial image analyzer
JP3189244B2 (ja) * 1994-09-13 2001-07-16 日本電信電話株式会社 近接視野顕微鏡
US5838005A (en) * 1995-05-11 1998-11-17 The Regents Of The University Of California Use of focused ion and electron beams for fabricating a sensor on a probe tip used for scanning multiprobe microscopy and the like
JPH09184930A (ja) * 1996-01-08 1997-07-15 Nikon Corp 非接触式光プローブおよびその製造方法、および そのプローブを用いた光記録再生装置若しくは 走査型近接場顕微鏡
DE19601109A1 (de) * 1996-01-13 1997-07-17 Laser & Med Tech Gmbh Zweidimensionale optische Nahfeldlichtquelle
DE19626176A1 (de) * 1996-06-29 1998-01-08 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Lithographie-Belichtungseinrichtung und Lithographie-Verfahren
DE19628141A1 (de) * 1996-07-12 1998-01-22 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Optische Nahfeldsonde und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP3242848B2 (ja) * 1996-09-06 2001-12-25 財団法人神奈川科学技術アカデミー 近接場光学顕微鏡用プローブ
US5883872A (en) * 1997-05-29 1999-03-16 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Near field magneto-optical recording system employing slit illumination
US5973316A (en) * 1997-07-08 1999-10-26 Nec Research Institute, Inc. Sub-wavelength aperture arrays with enhanced light transmission
US6154326A (en) * 1998-03-19 2000-11-28 Fuji Xerox Co., Ltd. Optical head, disk apparatus, method for manufacturing optical head, and optical element

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4917462A (en) * 1988-06-15 1990-04-17 Cornell Research Foundation, Inc. Near field scanning optical microscopy
DE69118117T2 (de) * 1990-11-19 1996-10-24 At & T Corp Optisches Nahfeldabtastmikroskop und dessen Anwendungen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1588383B1 (de) * 2003-01-31 2008-10-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. SONDE FüR EIN OPTISCHES NAHFELDMIKROSKOP UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000072076A1 (de) 2000-11-30
DE19923444C2 (de) 2003-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4126151C2 (de) Ausleger für ein Scansondenmikroskop und ein Verfahren zu dessen Herstellung
DE60030178T2 (de) Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde
DE102010029612B4 (de) Einkoppelvorrichtung zum Einkoppeln von Licht in einen planaren Wellenleiter
DD297521A5 (de) Mikroskopisches verfahren und nahfeldreflexionsmikroskop
DE60123199T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer optischen Apertur
DE19923444C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer lichttransparenten Sondenspitze
EP0943111B1 (de) Vorrichtung zur optischen kopplung eines festkörperlasers mit einem lichtwellenleiter und verfahren zu deren herstellung
EP1113980B1 (de) Apertur in einem halbleitermaterial sowie herstellung der apertur und verwendung
DE4314301C1 (de) Abtastvorrichtung zur Untersuchung von Oberflächenstrukturen mit Auflösung im submicron-Bereich und Verfahren zu deren Herstellung
DE60129055T2 (de) Lichtwellenleiter-Sonde und optisches Nahfeld-Rastermikroskop
EP1588383B1 (de) SONDE FüR EIN OPTISCHES NAHFELDMIKROSKOP UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
DE10303927B4 (de) Sonde für ein optisches Nahfeldmikroskop mit verbesserter Streulichtunterdrückung und Verfahren zu deren Herstellung
DE4244268A1 (de) Hochauflösendes optisches System mit einer Tastspitze
DE19509903A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Abtastvorrichtung zur kombinierten Untersuchung von verschiedenen Oberflächeneigenschaften mit Auflösung im Nanometerbereich
DE102017221952B3 (de) Mikro-optomechanisches System und Verfahren zu seiner Herstellung
DE60221942T2 (de) Verfahren zur Herstellung lichterzeugender Nahfeld-Elemente
DE69936221T2 (de) Optischer ausleger für rastermikroskop und dessen herstellungsverfahren
EP1054282A2 (de) Transducer zur Erzeugung optischer Kontraste
EP0818699B1 (de) Optische Nahfeldsonde und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102011050490B4 (de) Kraftsensor und dessen Verwendung zur Bestimmung von Zellkräften
WO2004014785A2 (de) Verfahren und herstellung wenigstens einer kleinen öffnung in einer schicht auf einem substrat und damit hergestellte bauelemente
EP2175286B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer SPM-Sonde mit Abtastspitze und mit einer der Abtastspitze gegenüberliegenden Justierhilfe
DE69912491T2 (de) Sonde für optisches Nahfeldmikroskop, Verfahren zu ihrer Herstellung und optisches Nahfeldrastermikroskop
DE4435635A1 (de) Mikrobiegebalken für die atomare Kraftmikroskopie und Verfahren zu seiner Herstellung
DE202010013458U1 (de) Sonde für aperturlose Nahfeldmikroskopie und/oder für Ramanspektroskopie

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee