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Diese
Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde
zum Beobachten, Messen und Formen von optischen Eigenschaften in
einer mikroskopisch kleinen Region einer Probe.
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Gegenwärtig wird
in einem Rasternahfeldmikroskop (nachstehend als SNOM abgekürzt) ein
optisches Medium, das eine mikroskopisch kleine Apertur in einer
scharfen Spitze aufweist, als eine Sonde verwendet. Die Spitze und
die mikroskopisch kleine Apertur werden einer gemessenen Probe auf
eine Entfernung kleiner als eine Wellenlänge des Lichts genähert, um
eine optische Eigenschaft und Form der Probe bei der Auflösung zu
messen. In dieser Vorrichtung wird eine lineare Lichtleitfasersonde,
die vertikal an einer Probe gehalten wird, an ihrem Ende horizontal
zur Probenoberfläche
in Vibration versetzt. Die Erkennung der Änderung der Vibrationsamplitude,
die durch eine Scherkraft erzeugt wird, die zwischen der Probenoberfläche und
der Sondenspitze wirkt, erfolgt, indem Laserlicht auf die Sondenspitze geleuchtet
und eine Änderung
eines Schattens davon erkannt wird. Der Abstand zwischen der Sondenspitze
und der Probenoberfläche
wird konstantgehalten, indem die Probe durch einen Feinbewegungsmechanismus
so bewegt wird, dass die Amplitude konstant gemacht wird. Anhand
einer Signalstärke, die
in den Feinbewegungsmechanismus eingegeben wird, wird eine Oberflächenform
erkannt und eine optische Eigenschaft der Probe gemessen.
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Es
wurde auch ein Rasternahfeld-Abstoßungskraft-Mikroskop vorgeschlagen,
das eine Lichtleitfasersonde, die in einer Hakenform geformt ist,
als einen Ausleger für
ein Abstoßungskraft-Mikroskop (nachstehend
als AFM abgekürzt)
benutzt, um gleichzeitig mit dem AFM-Betrieb des Erkennens einer
Oberflächenform
und Messens der optischen Eigenschaften der Probe Laserlicht aus
einer Spitze der Lichtleitfasersonde auf eine Probe zu leuchten (japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 17452/1995). 16 ist
eine Strukturansicht, die eine konventionelle Lichtleitfasersonde
zeigt. Die Lichtleitfasersonde umfasst eine Lichtleitfaser 501, die
an ihrem Umfang mit einer Metallüberzug 502 bedeckt
ist. Ein Sondennadelabschnitt 503 ist spitz zulaufend und
weist auch eine Apertur 504 an einer Spitze des Sondennadelabschnitts 503 auf.
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Zum
anderen ist im AFM, das als Formbeobachtungsmittel für mikroskopisch
kleine Regionen benutzt wird, die Verwendung eines Silizium- oder
Siliziumnitrid-Mikroauslegers, der durch einen Siliziumprozess hergestellt
wird, weitverbreitet. Der Mikroausleger, der im AFM verwendet wird,
spielt eine wichtige Rolle für
mechanische Eigenschaften wie z.B. die Federkonstante und Resonanzfrequenz,
um eine hohe Resonanzfrequenz, eine gute Massenproduzierbarkeit
und eine geringere Formabweichung zu erreichen. Durch Formen einer
mikroskopisch kleinen Apertur in einer Spitze des Mikroauslegers,
der im AFM verwendet wird, wie in 17 gezeigt,
ist eine Sonde für
ein SNOM bekannt, die durch eine Spitze 505, einen Hebel 506,
eine Basis 507, die mikroskopisch kleine Apertur 508 und
eine Blendschutzschicht 509 geformt wird (S. Munster et
al., Novel micromachined cantilever sensors for scanning near-field
optical microscopy, Journal of Microscopy; vol. 186, SS. 17–22, 1997).
Hier sind eine Spitze 505 und ein Hebel 506 aus
Siliziumnitrid oder Silizium geformt. Durch Einfall von Licht auf
die SNOM-Sonde, wie in 17 durch „Licht" angezeigt, kann Nahfeldlicht aus der
mikroskopisch kleinen Apertur 508 leuchten.
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Die
optische Nahfeldsonde, die in 16 gezeigt
wird, weist aber eine schlechte Massenproduzierbarkeit auf, da sie
manuell stückweise
hergestellt wird. Weil die Lichtleitfaser 501 als Lichtausbreitungselement
verwendet wird, ist die Differenz in der Ausbreitungscharakteristik
je nach Wellenlänge
groß und
für die
spektroskopische Analyse schwer nutzbar.
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Obwohl
die Massenfertigung der in 17 gezeigten
SNOM-Sonde leicht
mit einem Siliziumprozess möglich
ist, können
Fremdkörper
einschließlich Staub
in der Luft leicht in eine Vertiefung eines Spitzenabschnitts eindringen.
Daher lag das Problem vor, dass das aus der mikroskopisch kleinen
Apertur leuchtende Licht eine Lichtstärke aufwies, die nicht stabilisiert
war. Wenn die Spitzenposition an einem Ende des Auslegers geformt
ist, liegt ein Spot des Einfallslichts außerhalb des Auslegers, wenn
Licht in die mikroskopisch kleine Apertur eingeleitet wird. Beim
Erkennen eines optischen Signals von einer Probe durch die mikroskopisch
kleine Apertur werden auch optische Signale von woanders als am
Spitzenende erkannt. Daher lag das Problem vor, dass ein optisches
Bild des SNOM ein verschlechtertes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist.
Da die Spitze mit einer Form geformt wird, die durch anisotropisches Ätzen von
Silizium geformt wird, ist die Spitze an einem Endwinkel auf 70
Grad festgelegt. Daher lag das Problem vor, dass die Lichtstärke des
aus der mikroskopisch kleinen Apertur leuchtenden Nahfeldlichts nicht
erhöht
werden kann. Der Hebel 506 und die Spitze 505 bestehen
aus einem Material, das ein kleines Reflektionsvermögen in Bezug
auf eine Wellenlänge
des Einfallslichts oder des durch die mikroskopisch kleine Apertur
erkannten Lichts aufweist. Weil in der SNOM-Sonde, die in 17 gezeigt
wird, Strukturmaterial im optischen Weg liegt, wird die Lichtstärke des
Einfallslichts oder Erkennungslichts durch die Reflektion auf dem
Strukturmaterial gedämpft.
Es lag das Problem vor, dass das aus der mikroskopisch kleinen Apertur 508 leuchtende
Nahfeldlicht und das durch die mikroskopisch kleine Apertur 508 erkannte
Licht in der Lichtstärke
gemindert wurde.
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In
der US-Patentschrift Nr. 5.354.985 vom 11. Oktober 1994 wird ein
optisches Rasternahfeldmikroskop beschrieben, das einen Ausleger
aufweist, der allgemein parallel zur Oberfläche einer Probe ausgerichtet
ist. Ein optischer Wellen leiter verläuft am Ausleger entlang zu
einer Spitze, die vom Ausleger nach unten vorspringt. Eine kleine
Apertur am Scheitel der Spitze erlaubt den Lichtstrahlung, die durch
den Wellenleiter strömt,
zur Probe hin gerichtet zu werden. Der Ausleger wird in Vibration
versetzt, und Schwankungen in seiner Resonanzfrequenz werden erkannt
und einer Rückkopplungsregelung zugeführt, um
eine konstante Entfernung zwischen der Spitze und der Probe beizubehalten.
In einem Herstellungsverfahren für
den Ausleger wird ein Silizium-auf-Isolator-Wafer
genommen und ein konisches Element wird durch einen Ätzprozess
in einer oberen Siliziumschicht des Wafers geformt. Dann wird Bor
in die Siliziumschicht implantiert, um eine piezoelektrische Widerstandschicht
zu formen, und auf der Silizium- und der piezoelektrischen Widerstandschicht
wird eine thermisch erzeugte Oxidschicht gezüchtet, die im Prozess die Spitze
bedeckt. in der Oxidschicht werden Kontaktlöcher geformt, und eine Aluminiumschicht
wird über
einen Teil der Oxidschicht und über
die Kontaktlöcher
gesputtert. Die Aluminiumschicht wird durch einen fotolithografischen
Prozess zu Metallleitungen gemustert. Dann wird eine Si3N4-Schicht auf die Oxidschicht aufgetragen,
und auf die Si3N4-Schicht
wird eine Aluminiumschicht aufgetragen. Eine optische Apertur wird
am Scheitel der Spitze durch einen fokussierten Ionenstrahlprozess
geöffnet.
Schließlich
wird das Substrat von unten weggeätzt, um die Auslegerstruktur
freizulegen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine optische
Nahfeldsonde, wobei das Verfahren die in Anspruch 1 genannten Schritte
umfasst.
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Weitere
Details des Verfahrens werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft und Bezug
nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
Strukturansicht einer optischen Nahfeldsonde ist, die einen Hintergrund
zur vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem eine Spitze der optischen
Nahfeldsonde auf eine Probe zugreift;
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3 eine
Strukturansicht eines Rastersondenmikroskops ist, das die optische
Nahfeldsonde von 1 verwendet;
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4A–4C eine
Prozessansicht (1) ist, die einen Teil des Herstellungsverfahrens
für eine
optische Nahfeldsonde nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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5A–5D eine
Prozessansicht (2) ist, die einen Teil des Herstellungsverfahrens
für eine
optische Nahfeldsonde nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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6 eine
Strukturansicht einer beispielhaften optischen Nahfeldsonde ist;
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7 eine
Schnittansicht der optischen Nahfeldsonde von
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6 ist;
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8 eine
Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem eine Spitze der optischen
Nahfeldsonde von 6 auf eine Probe zugreift;
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9 eine
Strukturansicht einer beispielhaften optischen Nahfeldsonde ist;
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10 eine
Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem eine Spitze der optischen
Nahfeldsonde von 9 auf eine Probe zugreift;
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11 eine
perspektivische Ansicht eines Spitzenabschnitts der optischen Nahfeldsonde
von 9 ist;
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12 eine
perspektivische Ansicht eines Spitzenabschnitts der optischen Nahfeldsonde
von 9 ist;
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13A–13C eine Prozessansicht (1) ist, die ein Herstellungsverfahren
für eine
beispielhafte optische Nahfeldsonde zeigt;
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14A–14C eine Prozessansicht (2) ist, die ein Herstellungsverfahren
für eine
beispielhafte optische Nahfeldsonde zeigt;
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15A–15C eine Prozessansicht (3) ist, die ein Herstellungsverfahren
für eine
beispielhafte optische Nahfeldsonde zeigt;
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16 eine
Strukturansicht einer konventionellen Lichtleitfasersonde ist;
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17 eine
Strukturansicht einer konventionellen SNOM-Sonde ist;
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18 eine
Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung
ist, die die beispielhafte optische Nahfeldsonde verwendet;
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19 eine
Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung
ist, die die beispielhafte optische Nahfeldsonde verwendet;
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20 eine
Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung
ist, die die beispielhafte optische Nahfeldsonde verwendet;
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21 eine
Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung
ist, die die beispielhafte optische Nahfeldsonde verwendet;
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22 eine
Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung
ist, die die beispielhafte optische Nahfeldsonde verwendet;
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23 eine
Strukturansicht einer beispielhaften optischen Nahfeldsonde ist;
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24A–24B eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens
einer beispielhaften optischen Nahfeldsonde ist;
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25 eine
Strukturansicht einer beispielhaften optischen Nahfeldsonde ist;
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26A–26D eine Ansicht zur Erläuterung eines Teils eines Herstellungsverfahrens
für eine
optische Nahfeldsonde nach einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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Im
Folgenden werden eine optische Nahfeldvorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren zur
deren Herstellung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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1 eine
schematische Ansicht einer optischen Nahfeldsonde 1000,
die dem Hintergrund der Erfindung darstellt. Die optische Nahfeldsonde 1000 umfasst
eine Spitze 1, einen Hebel 2, eine Basis 3, eine
Blendschutzschicht 4 und eine mikroskopisch kleine Apertur 5.
Die Spitze 1 in Form eines Gewichts und der Hebel 2 in
Form eines dünnen
Auslegers sind aus einem Stück
geformt, wobei die Spitze 1 auf einer Seite des von der
Basis 3 vorspringenden Hebels 2 geformt ist, die
auf der Gegenseite der Basis 3 liegt. Die Blendschutzschicht 4 ist
auf einer Fläche des
Hebels 2 geformt, die auf der Gegenseite der Basis 3 liegt,
und auf einer Fläche
der Spitze 1. Auch wenn die Blendschutzschicht 4 nicht
auf der ganzen Fläche
des Hebels 2 geformt zu sein braucht, die auf der Gegenseite
der Basis 3 liegt, wird dies bevorzugt. Die mikroskopisch
kleine Apertur 5 ist ein Abschnitt der Spitze 1,
der frei von der Blendschutzschicht 4 ist. Die Spitze 1 ist
in Bezug auf eine Endfläche
der Blendschutzschicht 4 an einem Scheitelpunkt vorspringend.
Die Spitze 1 kann auch an einem Ende in der gleichen Ebene
liegen wie die Endfläche
der Blendschutzschicht 4. Durch externes Einleiten von Einfallslicht 999 in
die optische Nahfeldsonde 1000 wird es der optischen Nahfeldsonde 1000 möglich, aus
der mikroskopisch kleinen Apertur 5 mit Nahfeldlicht zu
leuchten. Auch optische Information über eine Probe kann durch die
mikroskopisch kleine Apertur erkannt werden. Zudem ist es möglich, die
Beleuchtung mit Nahfeldlicht aus der mikroskopisch kleinen Apertur 5 und
die optische Informationserkennung an einer Probe durch die mikroskopisch
kleine Apertur gleichzeitig durchzuführen.
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Die
Spitze 1 und der Hebel 2 sind aus einem Material
geformt, das für
eine Wellenlänge
des Einfallslichts 999, die in einem Rasternahfeldmikroskop verwendet
wird, durchlässig
ist. Falls die Wellenlänge des
Einfallslichts 999 in einem sichtbaren Bereich liegt, sind
sie dielektrisch, wie z.B. Siliziumdioxid und Diamant, und Polyimid
einschließende
Polymere. Bei einem ultravioletten Wellenlängenbereich des Einfallslichts 999 werden
als Material für
die Spitze 1 und den Hebel 2 dielektrische Materialien
wie z.B. Magnesiumdifluorid und Siliziumdioxid verwendet. Wenn die
Wellenlänge
des Einfallslichts 999 in einem infraroten Bereich liegt,
werden als Material für
die Spitze 1 und den Hebel 2 Zinkselen und Silizium
verwendet. Das Material der Basis 3 ist dielektrisch, wie
z.B. Silizium oder Siliziumdioxid, oder ein Metall wie z.B. ein Aluminium
oder Titan. Das Material der Blendschutzschicht 4 besteht
aus einem Material, das relativ zu einer Wellenlänge des Einfallslichts 999 und/oder
einer Lichtwellenlänge,
die durch die mikroskopisch kleine Apertur erkannt wird, ein hohes
Abblendverhältnis
aufweist, wie z.B. Aluminium und Gold.
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Die
Höhe der
Spitze 1 beträgt
mehrere μm bis
zehn und mehre μm.
Die Länge
des Hebels 2 beträgt
mehrere zehn μm
bis zu mehrere tausend μm. Auch
die Dicke des Hebels 2 beträgt etwa mehrere μm. Die Dicke
der Blendschutzschicht 4 beträgt mehrere zehn μm bis mehrere
hundert μm,
auch wenn sie je nach Abblendverhältnis unterschiedlich ist.
In 1 ist die Form und Größe der mikroskopisch kleinen
Apertur 5, von einer Unterseite aus gesehen, die eines
Kreises mit einem Durchmesser, der kleiner ist als eine Wellenlänge des
Einfallslichts 999 und/oder des Lichts, das durch die mikroskopisch
kleine Apertur 5 erkannt wird, oder ein Vielecks, das den
gleichen Durchmesser umschreibt.
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2 zeigt
eine Seitenansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem sich
die optische Nahfeldsonde 1000 in einer Nachbarschaft der
Spitze 1 in der Nähe
einer Probe 6 befindet. Der Einfachheit halber wurde die
Blendschutzschicht 4 ausgelassen. Die optische Nahfeldsonde 1000 befindet
sich in einem Zustand, der um einen Winkel θ1 geneigt ist, in der Nähe der Probe 6.
Angenommen, dass H die Höhe
der Spitze 1 ist und L1 die Entfernung von einem Ende der
Spitze 1 zur Entkante des Hebels 2, berühren die Spitze 1 und
der Hebel 2 an ihren Enden die Probe 6 zugleich,
wenn L1 = H/tanθ1 (1)
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Dadurch
ist die Verwendung als eine Sonde für ein Rastersondenmikroskop
nicht möglich.
Demnach muss das optische Nahfeldmikroskop 1000 folgendes
erfüllen: L1 < H/tanθ1 (2)
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Um
das Signal-Rausch-Verhältnis
eines optischen Signals zu verbessern, wenn Einfallslicht 999 auf
die optische Nahfeldsonde 1000 einfällt, muss, eine Schattenregion
vorgesehen werden, die folgendes erfüllt, wenn angenommen wird,
dass R1 der Radius eines Spots des Einfallslichts 999 auf
dem Hebel 2 ist: R1 < L1 (3)
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Demnach
muss L1 folgendes erfüllen: R1 < L1 < H/tanθ1 (4)
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Ein
Aufbau eines Rastersondenmikroskops 20000, das mit einer
optischen Nahfeldsonde 1000 wie soeben beschrieben versehen
ist, wird in 3 gezeigt.
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Die
Erläuterung
erfolgt hier der Einfachheit halber für einen Fall, dass die optische
Nahfeldsonde 1000 in einem Kontaktmodus gesteuert wird.
Dieses Rastersondenmikroskop 2000 umfasst eine optische Nahfeldsonde 1000,
wie in 1 gezeigt, eine Lichtquelle 601 zur optischen
Informationsmessung, eine Linse 602, die vor der Lichtquelle 601 angeordnet
ist, eine Lichtleitfaser 603, um das Licht, das durch die Linse 602 fokussiert
wurde, zur optischen Nahfeldsonde 1000 zu leiten, ein Prisma 611,
das unterhalb einer Probe 610 angeordnet ist, um das am
Ende einer Spitze 11 erzeugte Ausbreitungslicht zu reflektieren,
eine Linse 614, um das vom Prisma 611 reflektierte Ausbreitungslicht
zu sammeln, und einen Lichterkennungsabschnitt 609, um
das fokussierte Ausbreitungslicht zu empfangen.
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Oberhalb
der optischen Nahfeldsonde 1000 sind zum anderen ein Laseroszillator 604,
um Laserlicht auszugeben, ein Spiegel 605, um das Laserlicht zu
reflektieren, das auf einer Grenzfläche des Hebels und der Blendschutzschicht
der optischen Nahfeldsonde 1000 reflektiert wurde, und
ein vertikal zweigeteilter fotoelektrischer Umwandlungsabschnitt 606, um
das reflektierte Laserlicht zur fotoelektrischen Umwandlung zu empfangen.
Außerdem
sind ein Grobbewegungsmechanismus 613 und ein Feinbewegungsmechanismus 612 vorgesehen,
um die Probe 610 und das Prisma 610 in den XYZ-Richtungen beweglich
zu steuern, ein Servomechanismus 607, um diesen Grobbewegungsmechanismus 613 und Feinbewegungsmechanismus 612 anzutreiben,
und ein Rechner 608 zum Steuern der Gesamtvorrichtung.
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Als
nächstes
wird die Arbeitsweise dieses Rastersondenmikroskops 20000 beschrieben.
Das vom Laseroszillator 604 emittierte Laserlicht wird
auf der Grenzfläche
zwischen dem Hebel und der Blendschutzschicht der optischen Nahfeldsonde 1000 reflektiert.
Wenn die mikroskopisch kleine Apertur und die Probe 610 sich
an ihren Oberflächen
nähern,
wird der Hebel der optischen Nahfeldsonde 1000 durch die
Anziehungs- oder
Abstoßungskraft
zur oder von der Probe 610 abgelenkt. Dadurch ändert das
reflektierte Laserlicht seinen optischen weg, was von einem fotoelektrischen
Umwandlungsabschnitt 606 erkannt wird.
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Das
vom fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 606 erkannte
Signal wird an den Servomechanismus 607 gesendet. Der Servomechanismus 607 steuert
den Grobbewegungsmechanismus 613 und den Feinbewegungsmechanismus 612 auf
der Basis eines vom fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 606 Signals
so, dass die optische Nahfeldsonde 1000 sich der Probe 610 nähert oder
die Ablenkung der optischen Nahfeldsonde 1000 während der
Oberflächenbeobachtung
konstant wird. Der Rechner 608 empfängt die Information einer Oberflächenform
von einem Steuersignal des Servomechanismus 607.
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Währenddessen
wird von der Lichtquelle 601 emittiertes Licht durch die
Linse 602 fokussiert und erreicht die Lichtleitfaser 603.
Das durch die Lichtleitfaser 603 geleitete Licht wird durch
den Hebel in die Spitze der optischen Nahfeldsonde 1000 eingeleitet
und tritt aus der mikroskopisch kleinen Apertur aus, um die Probe 601 zu
beleuchten. Die optische Information der Probe 610, die
durch das Prisma 611 reflektiert wird, wird andrerseits
durch die Linse 614 fokussiert und in den Lichterkennungsabschnitt 609 eingeleitet.
Das Signal des Lichterkennungsabschnitts 609 wird über eine
analoge Eingangsschnittstelle des Rechners 608 erfasst
und vom Rechner 608 als optische Information erkannt. Die
Lichteinfallsmethode auf die Spitze kann übrigens eine Methode sein,
die keine Lichtleitfaser verwendet, sondern das von der Lichtquelle 601 emittierte
Licht direkt durch eine Linse auf der Spitze sammelt, um dadurch
Einfallslicht einzuleiten.
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Obwohl
hierin ein Beleuchtungsmodus erläutert
wurde, bei dem Licht auf die optische Nahfeldsonde 1000 einfällt, um
die Probe mit Nahfeldlicht aus der mikroskopisch kleinen Apertur 5 zu
beleuchten, kann die optische Nahfeldsonde 1000 auch in
einem Auffangmodus eingesetzt werden, um Nahfeldlicht, das auf der
Oberfläche
der Probe 6 erzeugt wird, durch die mikroskopisch kleine
Apertur 5 zu erkennen. Es versteht sich, dass die optische
Nahfeldsonde 1000 auch in einem Beobachtungsverfahren verwendet
werden kann, um den Beleuchtungsmodus und den Auffangmodus gleichzeitig
durchzuführen.
Ferner, obwohl der Durchlassmodus zum Erkennen des Lichts, das von
der Probe 6 durchgelassen wurde, in
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2 beschrieben
wurde, kann die optische Nahfeldsonde 1000 auch in einem
Reflektionsmodus verwendet werden, um das von der Probe 6 reflektierte
Licht zu erkennen. Es versteht sich auch, dass die optische Nahfeldsonde 1000 in
einem dynamischen Kraftmodus betrieben werden kann, um durch Anlegen
einer Vibration auf die optische Nahfeldsonde 1000 unter
Verwendung eines Bimorphs oder dergleichen die Entfernung zwischen
der Spitze 1 und der Probe 6 zu regeln, damit
eine Amplitudenänderung
im Hebel 2 oder eine Vibrationsfrequenzänderung im Hebel 2 konstant
gehalten wird, die durch eine Anziehungs- und Abstoßungskraft
verursacht wird, die zwischen der Spitze 1 und der Probe 6 wirkt.
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Wie
oben erläutert,
besteht der soeben beschriebenen optischen Nahfeldsonde entsprechend keine
Möglichkeit,
dass Fremdkörper
in die mikroskopisch kleine Apertur 5 eindringen, aufgrund
des Aufbaus, in dem der obere Abschnitt der mikroskopisch kleinen
Apertur 5 mit einem transparenten Element gefüllt ist.
Dadurch wird die Lichtstärke
des von der optischen Nahfeldsonde 1000 erzeugten Nahfeldlichts
stabilisiert. Auch die Stoßfestigkeit
und Verschleißfestigkeit
der Spitze 1 wird verbessert, das die Spitze 1 mit
einem Material gefüllt
ist, das für
eine Wellenlänge
der im Rasternahfeldmikroskop verwendeten Lichtquelle transparent
ist. Da das Material, aus dem die Spitze 1 besteht, ein
größeres Brechungsvermögen als
Luft aufweist, wird die Wellenlänge
des durch die Spitze 1 geleiteten Lichts kürzer als
in Luft. Da die Menge des durch die mikroskopisch kleine Apertur 5 durchgelassenen
Lichts größer ist
als im Fall der Ausbreitung in Luft und des Durchlasses durch die
mikroskopisch kleine Apertur 5, ist es deshalb möglich, die
Lichtstärke
des Nahfeldlichts zu erhöhen,
das aus der mikroskopisch kleinen Apertur 5 leuchtet. Wenn
das Ende der Spitze 1 angeordnet ist, um in Bezug auf eine
Endfläche
der Blendschutzschicht 4 vorzuspringen, kann auch die Auflösung von
konkav-konvexen Bildern oder optischen Bildern des Rastersondenmikroskops
verbessert werden, da der Radius am Ende der Spitze klein ist. Ferner
ist die Abweichung eines konkav-konvexen Bilds oder eines optischen
Bilds aufgrund der Übereinstimmung
zwischen dem Ende der Spitze 1 und der Zentrumsposition
der mikroskopisch kleinen Apertur 5 sehr klein. Und da
die Länge
L1 die Gleichung (4) erfüllt,
weil sich die Spitze 1 an ihrem Ende der Probe nähern kann
und Einfallslicht 999 komplett abschatten kann, kann ein
konkav-konvexes Bild und optisches Bild auf stabile Weise erhalten
werden. Selbst wenn die numerische Apertur der Linse für den Lichteinfall
auf das Nahfeldmikroskop 1000 erhöht wird, tritt kein Kick von
Einfallslicht auf der Spitze 1 auf, weil der Hebel ein
transparentes Element ist, so dass das Einfallslicht auf effektive
Weise zur mikroskopisch kleinen Apertur 5 geleitet wird,
wodurch es möglich
wird, den Wirkungsgrad der Erzeugung von Nahfeldlicht zur Beleuchtung
durch die mikroskopisch kleine Apertur 5 zu erhöhen. Die
optische Nahfeldsonde 1000 zur Erzeugung von Nahfeldlicht
aus der mikroskopisch kleinen Apertur 5 durch Sammlung
mit einer Linse und Ausbreitung durch den Hebel 2 und die
Spitze 1 als transparentes Element ist auch breit in einem
Wellenlängenbereich, der
eine hohe Durchlässigkeit
in Bezug auf eine Einfallslichtwellenlänge aufweist. Daher kann das
Rastersondenmikroskop 20000 in Anwendungsgebieten wie z.B.
der Spektralanalyse eingesetzt werden. Aufgrund der Fähigkeit,
Nahfeldlicht mit großer
Lichtstärke
zu erzeugen, ist es auch möglich,
mit Nahfeldlicht zu leuchten, das eine Energiedichte aufweist, die
für die
Fotolithografie, das Fotoformen, die optische CVD und das Wärmeformen
benötigt
wird, das Rastersondenmikroskop 20000 als optische Formvorrichtung
zu verwenden und gleichzeitig eine geformte Form unter Verwendung
der optischen Nahfeldsonde 1000 zu beobachten, die eine
hohe konkav-konvexe Bildauflösung
aufweist. Das Rastersondenmikroskop 20000 als Spektralanalyse- oder Formvorrichtung kann
die Zeit verkürzen,
die für
die Analyse oder für das
Formen benötigt
wird, da das von der optischen Nahfeldsonde 1000 erzeugte
Nahfeldlicht eine hohe Lichtstärke
hat. Durch Versehen der optischen Nahfeldsonde 1000 mit
einem Mehrfachausleger ist es zudem möglich, die Analyse oder das
Formen in kurzer Zeit über
eine große
Fläche
hinweg durchzuführen.
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Als
nächstes
wird ein Herstellungsverfahren für
eine optische Nahfeldsonde 1000 nach einer Ausführungsform
der Erfindung Bezug nehmend auf 4, 5 und 26 erläutert.
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Zuerst
wird, wie in 26A gezeigt, eine Maske 802 zum
Formen einer Stufe auf einem Substrat 102 geformt, und
durch Nassätzung
oder Trockenätzung
wird eine Stufe 803 auf dem Substrat 102 geformt.
Die Tiefe der Stufe 803 entspricht der Dicke T1 des Gewichtsabschnitts 801.
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Als
nächstes
wird die Maske 802 zum Formen einer Stufe entfernt, um
ein Material 804 für
einen Gewichtsabschnitt auf das mit einer Stufe 803 geformte
Substrat 102 aufzutragen, wie in 26B gezeigt.
Die Dicke des Materials 804 für einen Gewichtsabschnitt ist
größer als
die Dicke der Stufe 803. Das Material des Materials 804 für einen
Gewichtsabschnitts ist dasselbe wie ein Material des Gewichtsabschnitts 801.
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Als
nächstes
wird das Material 804 für
einen Gewichtsabschnitt durch ein Verfahren wie z.B. Polieren oder Ätzen entfernt,
um eine Form zu formen, bei der das Material 804 für einen
Gewichtsabschnitt im Substrat 102 versenkt ist, wie in 26C gezeigt.
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Als
nächstes
wird ein transparentes Element 101 aufgetragen, wie in 26D gezeigt.
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4A zeigt
einen Zustand, in welchem das transparente Element 101,
das zu einer Spitze 1 und zu einem Hebel 2 geformt
werden soll, auf dem Substrat 102 aufgetragen ist. Nachstehend
wird eine Unterseite in der Zeichnung als Vorderseite bezeichnet, und
eine Oberseite als Rückseite.
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Ein
transparentes Element 101 wird durch Plasma-CVD oder Sputtern
auf das Substrat 102 auftragen, das ein Maskenmaterial 103 auf
der Rückseite
aufweist. Die Auftragsmenge des transparenten Elements 101 entspricht
etwa oder ist etwas dicker als eine Summe aus einer Höhe der Spitze 1 und
einer Dicke des Hebels 2.
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Nach
dem Auftrag des transparenten Elements 101, wird durch
ein Fotolithografie-Verfahren oder ähnliches auf dem transparenten
Element 101 eine Maske 104 für eine Spitze geformt, wie
in 4B gezeigt. Die Maske 104 für eine Spitze
verwendet ein Dielektrikum wie z.B. Fotolack oder Polyimid.
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Nach
dem Formen einer Maske 104 für eine Spitze wird durch isotropisches Ätzen wie
z.B. Nassätzen
oder Trockenätzen
eine Spitze 1 geformt, wie in 4C gezeigt.
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Nach
dem Formen der Spitze 1 wird auf dem transparenten Element 101 eine
Maske 105 für
einen Hebel geformt, wie in 5A gezeigt.
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Nach
dem Formen der Maske 105 für einen Hebel wird durch anisotropes Ätzen wie
z.B. reaktives Ionenätzen
(RIE) ein Hebel 2 geformt, wie in 5B gezeigt.
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Nach
dem Formen des Hebels 2 wird das Maskenmaterial durch Fotolithografie
gemustert. Danach wird durch Kristallanisotropie-Ätzen oder
Anisotropie-Trockenätzen
mit Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder Kaliumhydroxid (KOH)
eine Ablösung
und eine Basis 3 für
einen Hebel 2 geformt, wie in 5C gezeigt.
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Schließlich wird
eine Blendschutzschicht 4 auf der Vorderseite aufgetragen.
Unerwünschte
Abschnitte der Blendschutzschicht 4 werden entfernt, indem
die Spitze 1 durch einen fokussierten Ionenstrahl oder
unter Beobachtung auf eine Probe niedergedrückt wird, wodurch eine mikroskopisch kleine Apertur 5 geformt
wird, wie in 5D gezeigt, und eine optische
Nahfeldsonde 1000 erhalten wird.
-
Durch
das oben erläuterte
Herstellungsverfahren kann eine optische Nahfeldsonde 1000 hergestellt
werden.
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Da
das beschriebene Herstellungsverfahren einen Siliziumprozess verwendet,
ist es möglich,
optische Nahfeldsonden in großen
Mengen und mit hoher Reproduzierbarkeit herzustellen. Dadurch kann die
optische Nahfeldsonde 1000 zu geringen Kosten bereitgestellt
werden. Da der Hebel 2 leicht in der Größe reduziert werden kann, ist
es auch möglich, die
Resonanzfrequenz des Hebels 2 der optischen Nahfeldsonde
zu erhöhen
und gleichzeitig die Federkonstante zu verringern. Dadurch kann
im Rastersondenmikroskop die Entfernungssteuerung zwischen einem
Ende der Spitze 1 und einer Probe 610 stabil gemacht
werden, und die Beschädigung
der Probe 610 kann vermieden werden. Überdies kann die Abtastungsgeschwindigkeit
des Rastersondenmikroskops erhöht
werden. Durch Steuerung der Adhäsion
zwischen dem transparenten Element 101 und der Maske 104 für eine Spitze
kann auch ein beliebiger Endwinkel für die Spitze 1 erhalten
werden. Daher kann durch Erhöhen
eines Endwinkels des Spitzenendes die Lichtstärke des aus der mikroskopisch
kleinen Apertur 5 leuchtenden Nahfeldlichts erhöht werden.
Auch eine Spitze 1 mit mehreren Kegelwinkeln kann erhalten
werden, indem der Spitzenformungsprozess 1 mehrmals durchgeführt wird.
Dadurch ist es durch Verkleinern des Endwinkels der Spitze 1 und
Vergrößern des
Kegelwinkels bis zu einem mittleren Abschnitt der Spitze 1 möglich, eine optische
Nahfeldsonde zu erhalten, die zugleich die Anforderung an die hohe
Auflösung
für konkav-konvexe
Bilder und optische Bilder und an die hohe Nahfeldlichterzeugungsleistung
erfüllt.
Dementsprechend kann auch im Auffangmodus zum Erkennen der optischen
Information einer Probe in einer mikroskopisch kleinen Region durch
die mikroskopisch kleine Apertur 5 die Erkennungsleistung
verbessert werden. Der Spitze 1 kann auch die Form eines
kreisrunden Kegels oder eines Kegels mit beliebig vielen Ecken gegeben
werden, indem die Spitzenmaske 104 mit einer kreisrunden
oder vieleckigen Form vorgesehen wird, wie aus dem obigen aus 4B zu
ersehen. Wenn die Spitze ein kreisrunder Kegel ist, weist die mikroskopisch
kleine Apertur 5 eine kreisrunde Form auf, wodurch Nahfeldlicht
mit einer beliebigen Polarisationscharakteristik aus der mikroskopisch
kleinen Apertur 5 leuchten kann, indem die Polarisationscharakteristik
des auf die optische Nahfeldsonde 1000 einfallenden Lichts
gesteuert wird. Wenn die Spitze 1 eine vieleckige Form
aufweist, wird der mikroskopisch kleinen Apertur 5 eine
vieleckige Form gegeben, was die Beleuchtung mit Licht ermöglicht,
das in einer bestimmten Polarisationsrichtung zu einer Probe eine
große
Größenordnung aufweist.
Auch eine optische Nahfeldsonde 1000, die eine Linse auf
der Spitze 1 aufweist, kann erhalten werden, indem ein
Fresnelsches Linsenmuster auf dem Substrat 102 geformt
wird, um eine Spitze 1 auf einem Fresnelschen Linsenmuster
zu formen, indem in einem Abschnitt zur Formung einer Spitze nach dem
Auftrag eines transparenten Elements 101 ein Abschnitt
mit einer Refraktivitätsverteilung
im transparenten Element geformt wird, oder indem eine linsenförmige Vertiefung
in einem Abschnitt des Substrats 102 geformt wird, in der
das transparente Element 101 zum Formen einer Spitze 1 aufgetragen wird.
Dadurch kann die Lichtstärke
des durch die mikroskopisch kleine Apertur 5 erzeugten
Nahfeldlichts erhöht
werden. Dem Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde 1000 entsprechend
ist es auch einfach, auf der Basis 3 einen Mehrfachausleger
zu formen, der eine Vielzahl von Hebeln 2, Spitzen 1 und
mikroskopisch kleinen Aperturen 5 aufweist. Da mit dem
Mehrfachausleger eine Vielzahl von Spitzen 1 und von mikroskopisch
kleinen Aperturen 5 gleichzeitig abgetastet werden können, ist
die Beobachtung über
einen großen
Bereich hinweg mit hoher Geschwindigkeit möglich. Da ein Sensor eines piezoelektrischen
Typs oder eines statischen Kapazitätstyps, der durch ein ähnliches Herstellungsverfahren
hergestellt wird, dem Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde 1000 gemäß leicht
auf dem Hebel 2 integriert werden kann, kann die Ablenkung
des Hebels 2 ohne Verwendung eines optischen Hebels erkannt
werden. Die Ablenkung des Hebels 2 kann auch erkannt werden,
indem der Hebel durch ein piezoelektrisches Element aufgebaut wird,
das Quarz enthält
und eine Elektrode formt. Wenn der Hebel 2 aus Quarz aufgebaut
ist, ist es auch möglich,
die Ablenkung im Hebel 2 zu erkennen und/oder eine Vibration
an den Hebel 2 anzulegen.
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Beispiel 1
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6 ist
eine schematische Ansicht einer optischen Nahfeldsonde 2000 nach
einem ersten Beispiel. Die optische Nahfeldsonde 2000 umfasst die
Strukturelemente der optischen Nahfeldsonde 1000, die den
Hintergrund der Technik darstellt, und einen schrägen Abschnitt 7,
der an einer Entspitze des Hebels 2 vorgesehen ist, um
von einer Seite der Spitze 1 zur einer Seite der Basis 3 zu
verlaufen und aus dem gleichen Material wie der Hebel 2 besteht. Der
Querschnitt entlang A-A' in 6 wird
in 7 gezeigt. Wie dargestellt, ist der schräge Abschnitt 7 auch
in einem Außenumfang
des Hebels 2 vorgesehen.
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In 8 wird
ein Zustand gezeigt, in dem die optische Nahfeldsonde 2000 in
einer Nachbarschaft einer Spitze 1 in der Nähe einer
Probe 6 liegt. Die Blendschutzschicht 4 wurde
der Einfachheit halber ausgelassen. Die optische Nahfeldsonde 2000 ist
in einem Zustand, in dem sie um einen Winkel θ1 geneigt ist, in der Nähe der Probe 6 angeordnet.
In 8 ist L1 eine Länge, die durch die Gleichung
(1) definiert wird. Angenommen, dass T eine Hebeldicke ist und θ2 ein Kegelwinkel
des schrägen
Abschnitts 7, wird eine Länge L2 des schrägen Abschnitts 7 in Richtung
der Hebellänge
bestimmt durch: L2
= T/tan(90° – θ2) (5)
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Dadurch
kann die erfindungsgemäße optische
Nahfeldsonde 2000 die Schattenregion im Vergleich zur optischen
Nahfeldsonde 1000 um eine Länge L2 vergrößern.
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Die
anderen Bestandteile als der schräge Abschnitt 7 der
optischen Nahfeldsonde 2000 gleichen denen der erfindungsgemäßen optischen
Nahfeldsonde 1000.
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Die
optische Nahfeldsonde 2000 kann anstelle der optischen
Nahfeldsonde 1000 für
das Rastersondenmikroskop 20000 verwendet werden.
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Wie
oben erläutert,
kann der erfindungsgemäßen optischen
Nahfeldsonde 2000 entsprechend die Schattenregion größer als
bei der ersten Ausführungsform
der Erfindung gemacht werden. Aufgrund des verringerten Einflusses
von Lecklicht, das auf die Reflektion auf der Hebeloberfläche zurückzuführen ist,
kann ein optisches Bild mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis erhalten werden. Durch
Vergrößern der
Schattenregion für
die optische Nahfeldsonde 2000 ist es möglich, im Rastersondenmikroskop 20000 ein
optisches Bild zu erhalten, ohne durch Lecklicht beeinträchtigt zu
werden, selbst wenn ein Abstand zwischen der Lichtleitfaser 603 und
dem Hebel 2 erhöht
wird. Wenn das Lichteinfallsmittel auf der optischen Nahfeldsonde 2000 für das Rastersondenmikroskop 20000 Licht
nur durch eine Linse sammelt, ist es zudem möglich, ein optisches Bild mit
hohem Signal-Rausch-Verhältnis
und ohne Lecklichteinfluss zu erhalten, auch wenn die numerische
Apertur der Linse klein ist. Da mit kleiner werdender numerischer Apertur
allgemein die Brennweite der Linse länger wird und die Tiefenschärfe der
Linse tiefer wird, wird es möglich,
den Abstand zwischen der optischen Nahfeldsonde 2000 und
der Linse zu erhöhen.
Dadurch wird die Positionsausrichtung der optischen Nahfeldsonde 2000 erleichtert,
was die Bedienung des Rastersondenmikroskops 20000 vereinfacht.
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Ein
Herstellungsverfahren für
eine optische Nahfeldsonde 2000 nach der vorliegenden Ausführungsform
ist mit einem Teil des Herstellungsverfahrens für die optische Nahfeldsonde 1000 nahezu identisch.
Im Herstellungsverfahren für
die optischen Nahfeldsonde 2000 wird im Prozess, der in 5B erläutert wird,
isotropes Ätzen
wie z.B. Nassätzen oder
Trockenätzen
verwendet, um dadurch einen schrägen
Abschnitt 7 zu erhalten.
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Folglich
kann dem Herstellungsverfahren für eine
optische Nahfeldsonde 2000 von Beispiel 1 gemäß eine ähnliche
Wirkung wie bei der optischen Nahfeldsonde 1000 erhalten
werden. Da das Formen einer Blendschutzschicht 4 auf einem
schrägen
Abschnitt 7, wie im vorliegenden Beispiel, einfacher ist als
das Formen einer Blendschutzschicht 4 auf der Seitenfläche des
Hebels 2 der optischen Nahfeldsonde 1000, wird
die Lichtabschirmung für
die Seitenfläche
des Hebels 2 der optischen Nahfeldsonde 2000 erleichtert.
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Beispiel 2
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9 ist
eine schematische Ansicht einer optischen Nahfeldsonde 3000 nach
einem zweiten Beispiel, die mit dem Rastersondenmikroskop 20000 verwendet
wird. Die optische Nahfeldsonde 3000 umfasst ein Strukturelement
der optischen Nahfeldsonde 1000, einen Verbindungsabschnitt 8,
der an einem Ende des Hebels 2 vorgesehen ist und auf der Gegenseite
einer Spitze 1 verläuft,
und einen Verlängerungsabschnitt 9,
der so geformt ist, dass er nahezu parallel zum Hebel 2 vom
Verbindungsabschnitt 8 aus verläuft.
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Der
Verbindungsabschnitt 8 und der Verlängerungsabschnitt 9 sind
mit dem Hebel 2 aus einem Stück geformt und bestehen aus
dem gleichen Material. Der Verbindungsabschnitt 8 und der
Verlängerungsabschnitt 9 können auch
aus einem anderen Material als der Hebel 2 bestehen. In
diesem Falle kann das Material des Verbindungsabschnitts 8 und des
Verlängerungs abschnitts 9 ein
Material sein, das undurchlässig
für eine
Wellenlänge
des Lichts ist, das von der Lichtquelle 601 im Rastersondenmikroskop 20000 emittiert
wird.
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10 ist
eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Spitze 1 an
einem Ende der optischen Nahfeldsonde 3000 in der Nähe einer
Probe 6 liegt. Die Blendschutzschicht 4 wurde
der Einfachheit halber ausgelassen. Die optische Nahfeldsonde 3000 ist
in einem Zustand, der um einen Winkel θ1 geneigt ist, in der Nähe der Probe 6 angeordnet.
In 10 ist L1 eine Länge, die durch die Gleichung
(1) definiert wird. Angenommen, dass D die Höhe des Verbindungsabschnitts 8 ist,
wird eine Länge,
wenn ein Ende des Verlängerungsabschnitts 9 mit
der Probe 6 in Kontakt ist, durch L1 + L3 gegeben. Hierin
ist L3 = D/tan(θ1) (6)
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Demnach
kann die erfindungsgemäße optische
Nahfeldsonde 3000 die Schattenregion im Vergleich zur optischen
Nahfeldsonde 1000 um eine Länge L3 verlängern. Es versteht sich, dass
die Schattenregion zusätzlich
ausgedehnt werden kann, indem ein Ende des Verlängerungsabschnitts 8 mit einem
schrägen
Abschnitt 7 versehen wird, wie er in Ausführungsform
2 der Erfindung erläutert
wurde. Ein Abstand D zwischen dem Hebel 2 und dem Verlängerungsabschnitt 9 beträgt 1–1000 μm. Die anderen
Strukturelemente als der Verbindungsabschnitt 8 und der
Verlängerungsabschnitt 9 gleichen
in allen Abmessungen denen der optischen Nahfeldsonde 1000. 11 und 12 sind
perspektivische Ansichten eines Spitzenabschnitts 1 der
optischen Nahfeldsonde 3000. Der Verlängerungsabschnitt 9 der optischen
Nahfeldsonde 3000 kann nur in einer Endrichtung des Hebels 2 vorgesehen
sein, wie in 11 gezeigt, oder er kann eine
die Spitze 1 umgebende Weise vorgesehen sein, wie in 12 gezeigt.
Der in 12 gezeigten Form zufolge kann
Lecklicht in einer seitlichen Richtung des Hebel 2 im Vergleich
zur Form von 11 wirkungsvoll abgeschattet
werden.
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Wie
oben erwähnt,
kann die optische Nahfeldsonde 3000 nach der dritten Ausführungsform der
Erfindung die Schattenregion gegenüber der zweiten Ausführungsform
der Erfindung ausdehnen, was es ermöglicht, ein optisches Bild
mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis
zu erhalten. Die Schattenregion kann auch zusätzlich erweitert werden, indem
der schräge
Abschnitt 7 auf die optische Nahfeldsonde 3000 angewandt
wird.
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13 bis 15 sind
eine Ansicht, die ein Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde 3000 erläutert. Nachstehend
wird die Oberseite in der Zeichnung als Hauptseite und die Unterseite
als Rückseite
bezeichnet.
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Zuerst,
wie in 13A gezeigt, wird eine Maske 301 auf
ein Substrat 302 geformt, um durch Kristallanisotropie-Ätzen mit TMAH oder KOH, isotropisches Ätzen mit
einem Ätzmittel
einschließlich
einer Mischungslösung
aus Fluoridhydroxid und Salpetersäure, isotropisches Trockenätzen mit
einem reaktiven Gas einschließlich
SF6 oder ähnliches eine Aussparung 304 im
Substrat 302 zu formen. Zuvor wird ein Maskenmaterial auf
der Rückseite
des Substrats 302 geformt. Die Maske 301 verwendet
ein Dielektrikum wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Fotoharz,
oder ein Metall wie Aluminium oder Chrom. Auch das Substrat 302 verwendet
ein Dielektrikum wie z.B. Silizium oder Glas, oder ein Metall wie
z.B. Aluminium oder Eisen. Das Maskenmaterial 303 verwendet
ein Dielektrikum wie z.B. Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Die
Tiefe der Aussparung 304 entspricht etwa einer Höhe D des
Verbindungsabschnitts 8.
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Als
nächstes
wird die Maske 301 abgezogen, und ein transparentes Element 305 wird
durch Plasma-CVD oder Sputtern auf dem Substrat 302 geformt,
wie in 13B gezeigt. Die Dicke des transparenten
Elements 305 ist eine Summe aus einer Höhe der Spitze 1 und
einer Dicke des Hebels 2 für eine optische Nahfeldsonde 3000.
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Als
nächstes
wird, wie in 13C gezeigt, Fotolithografie
verwendet, um eine Maske 306 für eine Spitze auf dem transparenten
Element 305 zu formen. Die Maske 306 für eine Spitze
verwendet ein Dielektrikum wie z.B. Fotolack oder Siliziumnitrid.
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Als
nächstes
wird eine Spitze 1 und ein Hebel 2 geformt, wie
in 14A bis 14C gezeigt, auf ähnliche
Weise wie im Verfahren, das in 4C bis 5B der
Ausführungsform
1 beschrieben wurde. Ein Verbindungsabschnitt 8 und ein
Verlängerungsabschnitt 9 werden
gleichzeitig mit der Formung eines Hebels 2 geformt.
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Als
nächstes
wird eine Ablösemaske 307 auf der
Hauptseite geformt, wie in 15A gezeigt,
um den Hebel 2, den Verbindungsabschnitt 8 und
den Verlängerungsabschnitt 9 abzulösen. Die
Ablösemaske 307 besteht
aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid, die durch Plasma-CVD oder
Sputtern aufgetragen werden und durch Fotolithografie gemustert
werden. Auch das Maskenmaterial 303 auf der Rückseite wird
durch Fotolithografie gemustert.
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Als
nächstes
werden der Hebel 2, der Verbindungsabschnitt 8 und
der Verlängerungsabschnitt 9 durch
Kristallanisotropie-Ätzen mit
TMAH oder KOH abgelöst,
wie in 15B gezeigt, wobei gleichzeitig einen
Basis 3 geformt wird.
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Schließlich wird
die Ablösemaske 307 entfernt.
Eine Blendschutzschicht 4 wird auf der Hauptseite geformt
und eine mikroskopisch kleine Apertur 5 wird an einem Ende
der Spitze 1 geformt. Durch Entnahme aus dem Wafer wird
eine optische Nahfeldsonde 3000 erhalten, wie in 15C gezeigt. In diesem Prozess kann eine optische
Nahfeldsonde 3000 mit vergleichbarer Wirkung auch erhalten
werden, wenn die Ablösemaske 307 nicht
entfernt wird.
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Im
Prozess des Formens eines Hebels 2, eines Verbindungsabschnitts 8 und
eines Verlängerungsabschnitts 9,
der in 14A bis 14C erläutert wird,
kann durch Verwendung von isotropischer Ätzung durch Nassätzen oder
Trockenätzen
mit Fluoridhydroxid eine optische Nahfeldsonde 3000 erhalten
werden, die einen schrägen
Abschnitt 7 an einem Ende des Verlängerungsabschnitts 9 aufweist.
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Durch
das oben erläuterte
Herstellungsverfahren kann eine optische Nahfeldsonde 3000 erhalten
werden. Da dieses Herstellungsverfahren einen Siliziumprozess verwendet,
ist es möglich,
auf einer Massenproduktionsbasis optische Nahfeldsonden 3000 mit
gleichbleibender Leistung herzustellen. Dadurch können billige
optische Nahfeldsonden 3000 bereitgestellt werden.
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Durch
Vorsehen eines Gewichts wie z.B. eines Verlängerungsabschnitts 8 und
eines Verbindungsabschnitts 6 am Ende des Hebels 2 wird
die Resonanzfrequenz der optischen Nahfeldsonde 3000 im
Vergleich zu einer Resonanzfrequenz der optischen Nahfeldsonde 1000 oder
optischen Nahfeldsonde 2000 gesenkt. Im Rasternahfeldmikroskop wird
bei einem dynamischen Kraftmodus die Synchronisation zwischen der
Resonanzfrequenz der optischen Nahfeldsonde und der Frequenz des
Einfallslichtstärkenmodulation
durchgeführt,
um ein Modulationssignal durch einen Lock-in-Verstärker zu
erkennen, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis in optischen Bildern
verbessert wird. Doch mit zunehmender Frequenz eines Modulationssignals
nimmt allgemein das Rauschen im optischen Bildsignal zu, und das
Signal-Rausch-Verhältnis
nimmt ab. Daher kann mit der optischen Nahfeldsonde 3000,
die eine niedrige Resonanzfrequenz aufweist, eine optisches Bild
mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis erhalten werden.
-
Beispiel 3
-
Auch
wenn 3 ein Beispiel eines Grundaufbaus zeigt, der durch
Verwendung der optischen Nahfeldsonde 1000 als ein Mikroskop
fungiert, kann eine optische Nahfeldvorrichtung bereitgestellt werden,
um das Formen und Messen durch Erzeugen von Nahfeldlicht aus der
mikroskopisch kleinen Apertur mit hoher Lichtstärke zu ermöglichen. Um Nahfeldlicht mit
hoher Lichtstärke
aus der mikroskopisch kleinen Apertur 5 der optischen Nahfeldsonde 1000 zu
erzeugen, ist es notwendig, Licht mit hoher optischer Dichte in
die mikroskopisch kleine Apertur einzuleiten.
-
18 zeigt
eine Strukturansicht einer optischen Nahfeldvorrichtung, die eine
optische Nahfeldsonde nach einem dritten Beispiel verwendet.
-
Dieser
Aufbau gleicht im Wesentlichen dem des in 3 gezeigten
Rasternahfeldmikroskops 20000, und die Darstellung und
Erläuterung
gleicher Punkte wird ausgelassen. Das Licht 622 aus einer Lichtquelle
(nicht gezeigt) wird durch eine Sammellinse 621, die in
einem Objektivtubus 620 gehalten wird, auf die mikroskopisch
kleine Apertur 5 fokussiert. Je größer die verwendete numerische
Apertur (NA) einer Sammellinse 621 ist, um so größer ist
hierbei die Lichtmenge, das auf die mikroskopisch kleine Apertur 5 fokussiert
werden kann, was es erlaubt, Nahfeldlicht mit höherer Lichtstärke zu erzeugen. Doch
bei einer Sammellinse 621, die einen große NA aufweist,
ist der Arbeitsabstand (WD) klein. Wie in 3 gezeigt,
ist in einem Verfahren zur Erkennung der Hebelablenkung oder Amplitudenänderung
mit Hilfe des sogenannten „optischen
Hebelverfahrens", wo
die WD klein ist, über
der optischen Nahfeldsonde 1000 weniger Platz vorhanden.
Aufgrund dessen tritt zwischen den Strukturelementen des optischen
Hebels und den optischen Wegen und der Sammellinse 621 und
dem Tubus 620 eine Inter ferenz auf, was die Verwendung
einer Sammellinse 621 mit großer NA erschwert.
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Im
optischen Hebelverfahren zum Beispiel wird das Licht, das von einem
Laseroszillator 604 emittiert wird, von einem Spiegel 623 umgelenkt
und auf den Hebel der optischen Nahfeldsonde 1000 geleuchtet,
so dass Reflektionslicht davon vom vertikal zweigeteilten fotoelektrischen
Umwandlungsabschnitt 606 erkannt wird. Hier liegen der
Laseroszillator 604 und der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 606 fast
auf derselben Ebene wie der Hebel der optischen Nahfeldsonde 1000.
Ein Spiegel 623, der zum Umlenken des optischen Wegs in
einem optischen Hebel verwendet wird, ist im Objektivtubus 620 angeordnet,
und die Sammellinse 621 und der Spiegel 623 sind
integriert, im die Größe zu verringern
und Platz zu lassen. Dies erlaubt die Verwendung einer Sammellinse 621 mit
großer
NA, ohne dass eine Interferenz des optischen Wegs für den optischen
Hebel und die Elemente, die Sammellinse 621 und den Objektivtubus 620 auftritt.
-
Ferner
wird ein anderes Strukturbeispiel gezeigt. 19 zeigt
eine Strukturansicht einer optischen Nahfeldvorrichtung, die die
optische Nahfeldsonde nach der vierten Ausführungsform der Erfindung verwendet.
Gezeigt wird eine Struktur in einem vertikalen Schnitt relativ zum
Hebel der optischen Nahfeldsonde 1000. Hier sind der Laseroszillator 604 und
der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 606 in einer nahezu
vertikalen Ebene zum Hebel der optischen Nahfeldsonde 1000 angeordnet.
Mit solch einer Anordnung können
der Laseroszillator 604 und der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 606 einer Probenoberfläche genähert werden,
um das Licht aus dem Laseroszillator 604 mit einem großen Einfallswinkel
in Bezug auf den Hebel zu reflektieren, ohne eine Interferenz an
der optischen Nahfeldsonde 1000 oder ihrem Halter zu verursachen.
Auch mit solch einen Aufbau ist es möglich, die Hebelablenkung oder
Vibrationsamplitudenänderung
auf ähnliche
Weise wie beim konventionellen zu erkennen. Keine Interferenz tritt
zwischen dem optischen Weg und der Sammellinse 621 auf,
was es ermöglicht,
die Sammellinse 621 mit großer NA zu verwenden.
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Ferner
zeigt 20 als ein weiteres Strukturbeispiel
eine Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung,
die die optische Nahfeldsonde nach der vierten Ausführungsform
der Erfindung verwendet. Dieser weist einen Laseroszillator 604 und
einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 606 auf, die
in einer nahezu vertikalen Ebene zum Hebel der optischen Nahfeldsonde 1000 angeordnet
sind, wie in 19. Hierin wird das Licht aus dem
Laseroszillator 604 nicht vom Hebel reflektiert, sondern
durch den Hebel durchgelassen, so dass im fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 606 Beugungslicht
davon erkannt wird. Auch mit diesem Aufbau ist es möglich, die
Hebelablenkung und Vibrationsamplitudenänderung auf ähnliche
Weise wie beim konventionellen zu erkennen. Daher ist es möglich, eine ähnliche
Wirkung wie in 19 zu erhalten.
-
Ferner
zeigt 21 als ein weiteres Strukturbeispiel
eine Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung,
die die optische Nahfeldsonde nach der vierten Ausführungsform
der Erfindung verwendet. Hierin wird eine optische Nahfeldsonde 1000 benutzt,
auf deren Spitze eine Linse 637 geformt ist. Durch Verwendung
dieser optischen Nahfeldsonde 1000 ist es möglich, die
NA als ein kombiniertes Linsensystem, das die Sammellinse 638 und
die Linse 637 umfasst, zu erhöhen, selbst wenn die NA der
Sammellinse 638 klein ist. Demnach kann auch wenn die Sammellinse 638 mit
langem Arbeitsabstand und der herkömmliche optische Hebelaufbau
verwendet wird, Licht auf die mikroskopisch kleine Apertur 5 fokussiert
werden, um starkes Nahfeldlicht aus der mikroskopisch kleinen Apertur 5 zu emittieren.
-
Mit
der oben gezeigte Ausführungsform
kann eine optische Nahfeldvorrichtung zum Formen oder genauen Messen
bereit gestellt werden, indem die mikroskopisch kleine Apertur 5 mit
Licht mit hoher optischer Dichte beleuchtet wird und dadurch starkes Nahfeldlicht
benutzt wird.
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Beispiel 4
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22 zeigt
eine Strukturansicht eines Abschnitts einer optischen Nahfeldvorrichtung,
die eine optische Nahfeldsonde nach einem vierten Beispiel verwendet.
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Diese
Struktur gleicht im Wesentlichen der des in 3 gezeigten
Rasternahfeldmikroskops 20000, und die Darstellung und
Erläuterung
gleicher Punkte wird ausgelassen. Das Licht aus einer Lichtquelle
(nicht gezeigt) wird durch eine Einleitfaser 630, die aus
einer Lichtleitfaser geformt ist, in eine Nachbarschaft der optischen
Nahfeldsonde 1000 geleitet und durch eine Sammellinse 631,
die an einem Ende der einleitenden Faser 630 vorgesehen
ist, auf die mikroskopisch kleine Apertur 5 fokussiert.
Die Einleitfaser 630 mit der der Linse 631 an
ihrem Ende kann leicht durch Schleifen eines Endes einer gewöhnlichen
Lichtleitfaser hergestellt werden. Da mit diesem Aufbau Licht eingeleitet
werden kann, das auf die mikroskopisch kleine Apertur 5 fokussiert
ist, kann von der mikroskopisch kleinen Apertur 5 starkes
Nahfeldlicht emittiert werden. Durch Verwendung der einleitenden
Faser 630 und der Linse 631 ist es zudem möglich, eine
Mikroskop-Objektivlinse kompakt und leicht zu machen. Aufgrund dessen
versteht es sich, dass auch bei Verwendung einer herkömmlichen
optischen Hebelstruktur die Hebelablenkung und Vibrationsamplitudenänderung
erkannt werden können, ohne
dass eine Interferenz in den Elementen und optischen Wegen zu verursacht
wird.
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In
dieser Ausführungsform
sind die optische Nahfeldsonde 1000 und die Einleitfaser 630 zudem mit
einem Faserhalter 632 und einem Sondenhalter 633 integriert
und werden durch einen Feinbewegungsmechanismus 634 feinbewegt.
Da die optische Nahfeldsonde 1000 und die Einleitfaser 630 beide klein und
leicht sind, ist trotz Integration eine Hochgeschwindigkeitsbewegung
durch den Feinbewegungsmechanismus 634 möglich. Um
die Hebelablenkung oder Vibrationsamplitudenänderung in der optischen Nahfeldsonde 1000 zu
erkennen, wird zum Verringern der Größe und des Gewichts eine Interferenzerkennungsfaser 635 benutzt,
die von einem Faserhalter 632 gehalten wird. Die Interferenzerkennungsfaser 635 ist
eine gewöhnliche
Lichtleitfaser, wobei die Interferenzerkennungsfaser 635 an
einem Emissionsende in einer Nachbarschaft des Hebels gehalten wird.
Das Licht aus dem Emissionsende der Interferenzerkennungsfaser 635 wird
von einer Reflektionsfläche
des Hebels reflektiert und kehrt dann zur Interferenzerkennungsfaser 635 zurück. Durch
Erkennen einer Änderung
in der Rücklichtstärke am anderen Ende
der Interferenzerkennungsfaser 635 ist es möglich, eine
Hebelablenkung oder Vibrationsamplitudenänderung zu erkennen.
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Durch
Vorsehen einer Struktur wie in diesem Beispiel ist durch Integrieren
der optischen Nahfeldsonde 1000, des lichteinleitenden
optischen Systems in die mikroskopisch kleine Apertur 5,
des Hebelbewegungserkennungssystems und dergleichen die Verringerung
in der Größe und im
Gewicht möglich. Daher
kann die optische Nahfeldsonde 1000 in einem Zustand feinvibriert
werden, in dem das Nahfeldlicht aus der mikroskopisch kleinen Apertur 5 verstärkt wird.
Dadurch ist es möglich,
eine Probe mit einer großen
Fläche
und die Hochgeschwindigkeitsabtastung zu bewältigen. Auch wenn in dieser
Ausführungsform
die Interferenzerkennungsfaser 635 verwendet wurde, versteht
es sich, dass die Verringerung in der Größe und im Gewicht zum Beispiel
auch mit einem elektrostatischen Kapazitätssensor möglich ist, der eine ähnliche
Wirkung aufweist.
-
Es
versteht sich dass der in Beispiel 3 und Beispiel 4 genannte Inhalt
nicht nur die Verwendung einer Sammellinse mit einer großen NA erleichtert, ohne
Anwendung eines opti schen Hebelverfahrens, bei dem die optische
Nahfeldsonde 1000 eine Erkennungsfunktion für die Hebelablenkung
und die Vibrationsamplitudenänderung
hat, sondern auch wünschenswert
ist, aufgrund der Möglichkeit,
die Größe und das
Gewicht zusätzlich
zu reduzieren. Zum Beispiel ist die Erkennung der Hebelablenkung
durch piezoelektrische Dünnschichten
auf dem Hebel möglich.
-
Beispiel 5
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23 ist
eine schematische Ansicht einer optischen Nahfeldsonde 7000 nach
Beispiel 5, die mit dem Rastersondenmikroskop 20000 verwendet werden
kann. Die Erläuterung
wird an den gleichen Stellen wie bei der optischen Nahfeldsonde 1000,
die in 1 gezeigt wird, mit den gleichen Bezugszeichen
durchgeführt.
Die optische Nahfeldsonde 7000 umfasst eine Struktur mit
einem Gewichtsabschnitt 701, der zur in 1 gezeigten
optischen Nahfeldsonde 1000 hinzugefügt wurde. Der Gewichtsabschnitt 701 ist
auf dem Hebel 2 zwischen einer Spitze 1 und einem
feststehenden Ende 702 des Hebels 2 geformt, in
Bezug auf eine Längsrichtung
Lx des Hebels 2 Der Gewichtsabschnitt 701 weist
eine H2 auf, die kleiner oder gleich einer Höhe H1 der Spitze 1 ist. Der
Gewichtsabschnitt 701 kann auf gleiche Weise auf der optischen
Nahfeldsonde 2000 oder der optischen Nahfeldsonde 3000 geformt
sein. Die optische Nahfeldsonde 7000 ist in der Nähe einer
Probe in einem Zustand angeordnet, der um einen bestimmten Winkel θ1 geneigt
ist, wie die in 2 gezeigte optische Nahfeldsonde 1000.
Wenn die Spitze 1 an einem Ende in der Nähe der Probe
liegt, wird der Gewichtsabschnitt 701 die Probe daher nicht
stören. Das
Material des Gewichtsabschnitts 701 ist das gleiche wie
das der Spitze 1.
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Ein
Herstellungsverfahren für
eine Nahfeldsonde 7000 ist fast das gleiche wie das Herstellungsverfahren
für eine
optische Nahfeldsonde 1000, das oben beschrieben wurde.
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24A ist eine Zeichnung, die dem Prozess entspricht,
der in 4B erläutert wurde. Im Herstellungsverfahren
für eine
optische Nahfeldsonde 7000 dieser Ausführungsform wird gleichzeitig
mit einer Maske 104 für
die Spitze eine Maske 703 zum Formen eines Gewichtsabschnitts 701 geformt,
wie in 24A gezeigt. Danach wird durch
Nassätzen oder
Trockenätzen
eine Spitze 1 und ein Gewichtsabschnitt 701 geformt,
wie in 24B gezeigt. Der nachfolgende
Prozess ist der gleiche wie in 4D und
folgende. Wie oben erläutert,
kann dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
für eine
optische Nahfeldsonde entsprechend ein Gewichtsabschnitt 701 geformt
werden, ohne die Massenproduzierbarkeit zu beeinträchtigen.
Auch in anderen Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde kann
ein Gewichtsabschnitt 701 geformt werden, indem lediglich
eine Maske 104 für
eine Spitze und eine Maske zum Formen eines Gewichtsabschnitts 701 gleichzeitig
geformt werden. Durch gleichzeitiges Ätzen derselben transparenten
Schicht, um eine Spitze 1 und einen Gewichtsabschnitt 701 zu
formen, wird auch das Formen der Höhe H2 des Gewichtsabschnitts
kleiner oder gleich einer Höhe
H1 der Spitze 1 vereinfacht.
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Die
Form des Hebels 2 für
die optische Nahfeldsonde 7000 gleicht der für die optische
Nahfeldsonde 1000 oder die optische Nahfeldsonde 2000. Da
aber der Gewichtsabschnitt 701 näher an der Spitze 1 geformt
ist als das feststehende Ende 702 des Hebels 2 für die optische
Nahfeldsonde 7000, ist die Resonanzfrequenz der optischen
Nahfeldsonde 7000 niedriger als die der optischen Nahfeldsonde 1000,
der optischen Nahfeldsonde 2000 oder der optischen Nahfeldsonde 3000.
Daher kann, wie in Beispiel 2 beschrieben, durch die optische Nahfeldsonde 7000 mit
niedriger Resonanzfrequenz das Signal-Rausch-Verhältnis im
optischen Bild verbessert werden.
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Bei
der optischen Nahfeldsonde 7000, die mit dem Gewichtsabschnitt 701 auf
dem Hebel 2 geformt ist, wird die Feder konstante im Vergleich
zur optischen Nahfeldsonde 1000, zur optischen Nahfeldsonde 2000 oder
zur optischen Nahfeldsonde 3000 erhöht, weil der Abschnitt, der
den Gewichtsabschnitt 701 auf dem Hebel 2 formt,
eine große
Dicke aufweist. Bei der optischen Nahfeldsonde 7000 mit großer Federkonstante
kann der Einfluss der Luftdämpfung
reduziert werden, die durch das Vorsehen der Schattenregion verursacht
wird, und es kann eine stabilere Betriebscharakteristik als bei
der optischen Nahfeldsonde 1000, der optischen Nahfeldsonde 2000 oder
der optischen Nahfeldsonde 3000 erhalten werden.
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Beispiel 6
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In 25 wird
eine optische Nahfeldsonde 8000 nach Beispiel 6 der Erfindung
gezeigt. Die optische Nahfeldsonde 8000 nach Beispiel 6
kann mit dem Rastersondenmikroskop 20000 verwendet werden.
Die Erläuterung
verwendet an den gleichen Stellen wie in der in 23 gezeigten
optischen Nahfeldsonde 7000 gleiche Bezugszeichen. Die
optische Nahfeldsonde 8000 ist mit einem Gewichtsabschnitt 801 auf
der Gegenseite einer Fläche
geformt, die eine Spitze 1 eines Hebels 2 formt.
Der Gewichtsabschnitt 801 ist näher an einem freien Ende als
an einem feststehen Ende 702 des Hebels 2 geformt.
Die Dicke T1 des Gewichtsabschnitts 801 beträgt 500 μm bis mehrere
zehn μm.
Die Länge
des Gewichtsabschnitts 801 ist kürzer als eine Länge Lx des
Hebels 2, und die Breite des Gewichtsabschnitts 801 ist
enger als eine Breite des Hebels 2. Das Material des Gewichtsabschnitts 801 kann
dasselbe wie das des Hebels 2 und der Spitze 1 sein,
oder ein anderes Material. Der Gewichtsabschnitt 801 kann
auf der optischen Nahfeldsonde 2000, der optischen Nahfeldsonde 3000 und
der optischen Nahfeldsonde 7000 geformt sein.
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Da
der optischen Nahfeldsonde 8000 nach Beispiel 6 gemäß der Gewichtsabschnitt 801 auf
einen Gegenseite der Spitze 1 angeordnet ist, ist eine zusätzliche
Wirkung zu der in Beispiel 6 erläuterten Wirkung
vorhanden, dass der Gewichtsab schnitt 801 nicht mit der
Probe interferiert, selbst wenn eine Probe mit einer großen Steigungshöhe beobachtet
wird.
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Ein
Herstellungsverfahren für
eine Nahfeldsonde 8000 der vorliegenden Ausführungsform
wird anhand von 26 erläutert. In
der Erläuterung
werden gleiche Bezugszeichen für
gleiche Stellen wie im in 4 bis 5 gezeigten Herstellungsverfahren für eine optische
Nahfeldsonde 1000 verwendet.
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Wie
oben erläutert,
ist des dem Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde 8000 der Ausführungsform
der Erfindung gemäß möglich, optische
Nahfeldsonden 8000 durch Serienfertigung herzustellen.
Dadurch können
auf einer Massenproduktionsbasis billige optische Nahfeldsonden 8000 hergestellt
werden.
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Wie
oben erläutert,
besteht dem beschriebenen Hintergrund der Erfindung aufgrund des
Aufbaus, bei dem das Oberteil der mikroskopisch kleinen Apertur
mit einem transparenten Element gefüllt ist, keine Möglichkeit,
dass Fremdkörper
in die mikroskopisch kleine Apertur eindringen. Dadurch wird die Lichtstärke des
von der optischen Nahfeldsonde erzeugten Nahfeldlichts stabilisiert.
Auch die Stoßfestigkeit
und Verschleißfestigkeit
der Spitze wird dadurch verbessert, dass die Spitze mit einem Material gefüllt ist,
das für
eine Wellenlänge
des Einfallslichts und/oder des Erkennungslichts transparent ist.
Da das Material, aus dem die Spitze besteht, ein größeres Brechungsvermögen als
Luft aufweist, wird die Wellenlänge
des sich in der Spitze ausbreitenden Lichts kürzer als in Luft. Da die Menge
des durch die mikroskopisch kleine Apertur durchgelassenen Lichts
größer wird
als im Fall der Ausbreitung in Luft und des Durchgangs durch die
mikroskopisch kleine Apertur, ist es daher möglich, die Lichtstärke des Nahfeldlichts
zu erhöhen,
das aus der mikroskopisch kleinen Apertur leuchtet. Durch Formen
der Spitze aus einem Diamant wird auch die Verschleißfestigkeit
der Spitze verbessert, zudem ist es möglich, aufgrund des hohen Brechungsvermögens die
Lichtstärke
des aus der mikroskopisch kleinen Apertur leuchtenden Nahfeldlichts
zu erhöhen.
Wenn das Ende der Spitze angeordnet ist, um in Bezug auf eine Endfläche der
Blendschutzschicht vorzuspringen, kann auch die Auflösung des
Rastersondenmikroskops für konvex-konkave
Bilder oder optische Bilder verbessert werden, da der Radius am
Ende der Spitze klein ist. Wenn das Ende der Spitze angeordnet ist,
um in Bezug auf eine Endfläche
der Blendschutzschicht vorzuspringen, ist die Abweichung eines konkav-konvexen
Bilds und eines optischen Bilds aufgrund der Übereinstimmung zwischen dem
Spitzenende und der Zentrumsposition des mikroskopisch kleinen Apertur
sehr klein. Wenn die Länge
L1 der optischen Nahfeldsonde die Gleichung (4) erfüllt, kann
ein konkav-konvexes Bild und optisches Bild auf stabile Weise erhalten
werden, da die Spitze sich an ihrem Ende der Probe nähern kann
und Lecklicht mit Ausnahme des Einfallslichts und/oder Erkennungslichts
komplett abschatten kann. Selbst wenn die numerische Apertur der
Linse für
den Lichteinfall auf die optische Nahfeldsonde und/oder für die Erkennung
des Lichts von der optischen Nahfeldsonde vergrößert wird, tritt kein „Kick" von Einfallslicht
auf die Spitze und/oder von Erkennungslicht von der Spitze auf,
da der Hebel ein transparentes Element ist, so dass das Einfallslicht
auf effektive Weise zur mikroskopisch kleinen Apertur geleitet wird,
wodurch es möglich
wird, den Wirkungsgrad der Erzeugung von Nahfeldlicht zur Beleuchtung
durch die mikroskopisch kleine Apertur zu erhöhen. Um Nahfeldlicht aus der
mikroskopisch kleinen Apertur durch den Durchlass durch den Hebel
und die Spitze als transparentes Element zu erzeugen und/oder, um
optische Information von der Probe zu erkennen, weist die optische
Nahfeldsonde auch einen breiten Wellenlängenbereich auf, der in Bezug
auf eine Einfallslichtwellenlänge
eine hohe Durchlässigkeit
aufweist. Daher kann das Rastersondenmikroskop in einem Anwendungsgebiet
wie z.B. der Spektralanalyse eingesetzt werden. Aufgrund der Fähigkeit,
Nahfeldlicht mit großer
Lichtstärke
zu erzeugen, ist es auch möglich,
mit Nahfeldlicht zu beleuchten, das die benötigte Energie für die Fotolithografie,
die Fotoformung, die optische CVD und die Wärmeformung aufweist, das Rastersondenmikroskop
als eine optische Formvorrichtung zu benutzen und gleichzeitig eine
Formungsform durch Verwenden der optischen Nahfeldsonde zu beobachten,
die eine hohe konkav-konvexe Bildauflösung aufweist. Das Rastersondenmikroskop
als Spektralanalyse- oder Formvorrichtung kann die Zeit verkürzen, die zur
Analyse oder für
das Formen benötigt
wird, da das von der optischen Nahfeldsonde erzeugte Nahfeldlicht
eine hohe Lichtstärke
aufweist. Und/oder eine Erkennungsleistung von optischer Information
in der mikroskopisch kleinen Apertur ist hoch. Durch Vorsehen der
optischen Nahfeldsonde mit einem Mehrfachausleger ist es auch möglich, die
Analyse oder das Formen in kurzer Zeit über eine große Fläche hinweg
durchzuführen.
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Dem
Herstellungsverfahren für
eine optische Nahfeldsonde nach der Ausführungsform der Erfindung entsprechend
kann eine Nahfeldsonde hergestellt werden. Da das erläuterte Herstellungsverfahren
einen Siliziumprozess verwendet, ist es auch möglich, optische Nahfeldsonden
in großen
Mengen und mit hoher Reproduzierbarkeit herzustellen. Dadurch kann
die optische Nahfeldsonde zu geringen Kosten bereitgestellt werden.
Da die Größe des Hebels
leicht reduziert werden kann, ist es auch möglich, die Resonanzfrequenz
des Hebels der optischen Nahfeldsonde zu erhöhen und gleichzeitig die Federkonstante
zu verringern. Dadurch kann im Rastersondenmikroskop die Entfernungssteuerung
zwischen einem Ende der Spitze und einer Probe stabil gemacht werden,
und die Beschädigung
der Probe kann vermieden werden. Überdies kann die Abtastungsgeschwindigkeit
des Rastersondenmikroskops erhöht
werden. Durch Steuerung der Adhäsion
zwischen dem transparenten Element und der Maske für eine Spitze
kann auch ein beliebiger Endwinkel für die Spitze erhalten wer den.
Daher kann durch Erhöhen
eines Endwinkels des Spitzenendes die Lichtstärke des aus der mikroskopisch
kleinen Apertur leuchtenden und/oder erkannten Nahfeldlichts erhöht werden.
Auch eine Spitze mit mehreren Kegelwinkeln kann erhalten werden,
indem der Spitzenformungsprozess mehrmals durchgeführt wird.
Daher ist es durch Verkleinern des Endwinkels der Spitze und Vergrößern des
Kegelwinkels bis zu einem mittleren Abschnitt der Spitze möglich, eine
optische Nahfeldsonde herzustellen, die gleichzeitig die Anforderung
an die hohe Auflösung
für konkav-konvexe Bilder
und für
optische Bilder und an die hohen Wirkungsgrad der Nahfeldlichterzeugung
erfüllt.
Der Spitze kann auch die Form eines kreisrunden Kegels oder eines
Kegels mit beliebig vielen Ecken gegeben werden, indem die Spitzenmaske
mit einer kreisrunden oder vieleckigen Form vorgesehen wird, wie
aus dem obigen in 4B zu ersehen ist. Wenn die
Spitze ein kreisrunder Kegel ist, hat die mikroskopisch kleine Apertur
eine kreisrunde Form, wodurch Nahfeldlicht mit beliebiger Polarisationscharakteristik
aus der mikroskopisch kleinen Apertur leuchten kann, indem die Polarisationscharakteristik
des auf die optische Nahfeldsonde einfallenden Lichts gesteuert wird.
Wenn die Spitze die Form eines vieleckigen Kegels hat, wird der
mikroskopisch kleinen Apertur eine vieleckige Form gegeben, was
die Beleuchtung mit Licht ermöglicht,
das in einer bestimmten Polarisationsrichtung zu einer Probe eine
große
Größenordnung
aufweist. Auch eine optische Nahfeldsonde, die eine Linse auf der
Spitze aufweist, kann erhalten werden, indem ein Fresnelsches Linsenmuster
auf dem Substrat geformt wird, um eine Spitze auf einem Fresnelschen
Linsenmuster zu formen, indem in einem Abschnitt zur Formung einer
Spitze nach dem Auftrag eines transparenten Elements ein Abschnitt mit
einer Refraktivitätsverteilung
im transparenten Element geformt wird, oder indem eine linsenförmige Vertiefung
in einem Abschnitt des Substrats geformt wird, in der das transparente
Element zur Formung einer Spitze aufgetragen wird. Dadurch kann
die Lichtstärke
des durch die mikroskopisch kleine Apertur erzeugten Nahfeldlichts
erhöht
werden. Dem Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde gemäß ist es
auch einfach, auf der Basis einen Mehrfachausleger zu formen, der
eine Vielzahl von Hebeln, Spitzen und mikroskopisch kleinen Aperturen aufweist.
Da mit dem Mehrfachausleger eine Vielzahl von Spitzen und von mikroskopisch
kleinen Aperturen gleichzeitig abgetastet werden können, ist
die Beobachtung über
einen großen
Bereich hinweg mit hoher Geschwindigkeit möglich. Da ein Sensor eines
piezoelektrischen Typs oder eines statischen Kapazitätstyps,
der durch ein ähnliches
Herstellungsverfahren hergestellt wird, dem Herstellungsverfahren
für eine
optische Nahfeldsonde gemäß leicht
auf dem Hebel integriert werden kann, kann die Ablenkung des Hebels
ohne Verwendung eines optischen Hebels erkannt werden. Die Ablenkung
des Hebels kann auch erkannt werden, indem der Hebel durch ein piezoelektrisches
Element aufgebaut wird, das Quarz enthält und eine Elektrode formt.
Wenn der Hebel aus Quarz besteht, ist es zudem auch möglich, die
Ablenkung im Hebel zu erkennen und/oder eine Vibration an den Hebel
anzulegen.
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Dem
ersten Beispiel und/oder dem Erkennungsmittel von der optischen
Nahfeldsonde gemäß kann auch
die Schattenregion im Vergleich zum Beispiel nach dem Stand der
Technik vergrößert werden. Durch
Ausdehnung der Schattenregion für
die optische Nahfeldsonde ist es auch möglich, im Rastersondenmikroskop
ein optisches Bild zu erhalten, ohne durch Lecklicht beeinträchtigt zu
werden, auch wenn ein Abstand zwischen der Lichtleitfaser und dem
Hebel erhöht
wird. Wenn das Lichteinfallsmittel auf der optischen Nahfeldsonde
für das
Rastersondenmikroskop Licht nur durch eine Linse sammelt, ist es
zudem möglich,
ein optisches Bild mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis und ohne Lecklichteinfluss
zu erhalten, selbst wenn die numerische Apertur der Linse klein
ist. Da allgemein mit kleiner werdender numerischer Apertur die
Brennweite der Linse länger und
die Tiefenschärfe
der Linse tiefer wird, wird es möglich,
den Abstand zwischen der optischen Nahfeldsonde und der Linse zu
erhöhen.
Dadurch wird die Positionsausrichtung der optischen Nahfeldsonde
erleichtert, was die Bedienung des Rastersondenmikroskops vereinfacht.
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Dem
im ersten Beispiel erläuterten
Herstellungsverfahren entsprechend kann eine optische Nahfeldsonde 2000 des
ersten Beispiels leicht hergestellt werden, wodurch eine ähnliche
Wirkung wie beim Herstellungsverfahren erhalten wird, das in der ersten
Ausführungsform
beschrieben wurde. Dem Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde
der zweiten Ausführungsform
entsprechend wird die Lichtabschirmung für die Seitenfläche des
Hebels der optischen Nahfeldsonde erleichtert, da das Formen einer
Blendschutzschicht auf einem schrägen Abschnitt einfacher ist
als das Formen einer Blendschutzschicht auf der Seitenfläche des
Hebels der optischen Nahfeldsonde der ersten Ausführungsform.
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Auch
dem zweiten Beispiel gemäß kann die optische
Nahfeldsonde die Schattenregion im Vergleich zum ersten Beispiel
vergrößern, um
optische Bilder mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis zu ergeben. Zudem kann
die Schattenregion zusätzlich
erweitert werden, indem auf die optische Nahfeldsonde des zweiten
Beispiels der schräge
Abschnitt angewandt wird, der im ersten Beispiel erläutert wurde.
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Dem
Herstellungsverfahren des zweiten Beispiels gemäß ist es möglich, eine optische Nahfeldsonde
zu erhalten, die im zweiten Beispiel beschrieben wird. Da die Herstellung
einen Siliziumprozess verwendet, ist es möglich, auf einer Massenproduktionsbasis
optische Nahfeldsonden mit gleichbleibender Leistung herzustellen.
Dadurch können
billige optische Nahfeldsonden bereitgestellt werden.
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Ferner
ist es dem zweiten Beispiel gemäß möglich, durch
Vorsehen eines Gewichts wie z.B. eines Verlängerungsab schnitts und eines
Verbindungsabschnitts am Ende des Hebels die Resonanzfrequenz der
optischen Nahfeldsonde zu reduzieren und ein optisches Bild mit
gutem Signal-Rausch-Verhältnis zu
erhalten.
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Da
dem dritten Beispiel gemäß die Hebelablenkung
und die Vibrationsamplitudenänderung durch
das optische Hebelverfahren oder ähnliche Verfahren erkannt werden
kann und eine Sammellinse mit großer numerischer Apertur benutzt
werden kann, kann Licht mit hoher optischer Dichte in die mikroskopisch
kleine Apertur eingeleitet werden, was es ermöglicht, die Lichtstärke des
von der mikroskopisch kleinen Apertur emittierten Lichts zu erhöhen. Daher
kann die erfindungsgemäße optische
Nahfeldvorrichtung mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis als Mikroskop und zudem
für Mess- und Formanwendungen
verwendet werden.
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Da
es dem vierten Beispiel gemäß möglich ist,
die Größe und das
Gewicht des optischen Einleitungssystems zur mikroskopisch kleinen
Apertur oder des Änderungserkennungssystems
für die
Hebelablenkung oder Vibrationsamplitude zu reduzieren, kann die
optische Nahfeldsonde mit diesen integriert werden und die Feinbewegung
mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Daher ist es möglich, mit
Hilfe der optischen Nahfeldsonde eine Probe mit großer Fläche zu beobachten
und zu messen und die Abtastung mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.
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Dem
fünften
Beispiel gemäß kann eine
optische Nahfeldsonde erhalten werden, die eine niedrige Resonanzfrequenz
und eine hohe Federkonstante aufweist, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert
wird und eine stabile Betriebscharakteristik erhalten werden kann,
da der Einfluss der Luftdämpfung
reduziert wird. Dem Herstellungsverfahren des fünften Beispiels entsprechend
kann auch eine optische Nahfeldsonde erhalten werden, die im fünften Beispiel
beschrieben wurde. Aufgrund der Fähigkeit zur Serienfertigung ist
es möglich,
billige optische Nahfeldsonden mit gleichbleibender Leistung herzustellen.
Durch gleichzeitiges Ätzen
einer selben transparenten Schicht zum Formen einer Spitze und eines
Gewichtsabschnitts kann die Höhe
des Gewichtsabschnitts auch leicht kleiner oder gleich der Höhe einer
Spitze geformt werden.
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Da
dem sechsten Beispiel gemäß das Gewicht
auf dem Ausleger auf einer Gegenseite einer Fläche geformt ist, auf der die
Spitze geformt ist, wird das Gewicht bei der Beobachtung einer Probe
mit einer großen
Steigungshöhe
nicht mit der Probe in Kontakt kommen, zusätzlich zur Wirkung des fünften Beispiels.
Dem Herstellungsverfahren nach dem sechsten Beispiel entsprechend
kann auch eine optische Nahfeldsonde erhalten werden, die im sechsten Beispiel
beschrieben wurde. Aufgrund der Fähigkeit zur Serienfertigung
ist es zudem möglich,
billige optische Nahfeldsonden mit gleichbleibender Leistung herzustellen.