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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sonde zum Beobachten
und Messen von optischen Eigenschaften einer Probe in einem winzigen Bereich
durch Verwenden von Nahfeldlicht und insbesondere eine Lichtwellenleitersonde,
die aus einem Lichtwellenleiter besteht, und ein Verfahren zur Herstellung
derselben.
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Gegenwärtig wird
in einem optischen Nahfeldabtastmikroskop (im Folgenden abgekürzt mit SNOM
für engl.
scanning nearfield optical microscope) eine Sonde, die eine zugespitzte
Spitze aufweist und aus einem optischen Medium gebildet ist, veranlasst,
sich einer Messprobe innerhalb einer Wellenlänge von Licht so zu nähern, dass
die optische Eigenschaft oder Form der Probe gemessen wird. Als eine
dieser Art von Geräten
wird ein Gerät
vorgeschlagen, in welchem eine Spitze einer Lichtleitfasersonde,
die in Bezug auf eine Probe vertikal gehalten wird, in Bezug auf
die Oberfläche
der Probe horizontal geschwungen wird, wobei eine Änderung
der Schwingungsamplitude, die durch eine Scherkraft zwischen der
Oberfläche
der Probe und der Spitze der Sonde erzeugt wird, durch eine Änderung
des Schattens von Laserlicht, das auf die Spitze der Sonde gestrahlt
wird, erfasst wird und die Probe durch einen Feinbewegungsmechanismus
bewegt wird, um die Amplitude konstant zu machen, derart dass der Abstand
zwischen der Spitze der Sonde und der Oberfläche der Probe konstant gehalten
wird, wodurch eine Oberflächenform
aus der Intensität
eines Signals, das in den Feinbewegungsmechanismus eingegeben wird,
erfasst wird und die Messung der optischen Durchlässigkeit
der Probe erfolgt.
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Daneben
wird ein Nahfeldatomkraftabtastmikroskop vorgeschlagen, in welchem
eine Lichtleitfasersonde, die wie ein Haken ausgebildet ist, als
ein Kragarm des Atomkraftmikroskops (im Folgenden abgekürzt mit
AFM für
engl. atomic force microscope) verwendet wird und gleichzeitig als
ein AFM-Arbeitsgang Laserlicht von einer Spitze der Lichtleitfasersonde
auf eine Probe gestrahlt wird, derart dass eine Oberflächenform
erfasst wird und optische Eigenschaften der Probe gemessen werden
(ungeprüfte japanische
Patentanmeldung Nr. Hei. 7-174542). Bei dieser Lichtleitfasersonde
wird eine Lichtleitfaser als ein optisches Medium verwendet, und
der Umfang der Lichtleitfaser ist mit einer Metallfilmbeschichtung überzogen.
Ein Sondenabschnitt ist zugespitzt, und an der Spitze des Sondenabschnitts
ist eine Öffnung vorgesehen.
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Darüber hinaus
ist auch eine Lichtwellenleitersonde bekannt, in welcher ein Lichtwellenleiter aus
einem Laminat aus einem Kern und einem Mantel so hergestellt ist,
dass er wie ein Kragarm konstruiert ist, wobei ein zugespitzter
Sondenabschnitt an einem Ende ausgebildet ist, ein Trägerabschnitt
zum Befestigen des Lichtwellenleiters am anderen Ende ausgebildet
ist und der Lichtwellenleiter an der Seite der Sondenabschnitts
eine gekrümmte
Struktur aufweist.
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Die
Lichtleitfasersonde, die in dem SNOM verwendet wird, wird jedoch
durch Verwenden einer Lichtleitfaser als ein Material durch viele
Handarbeitsschritte hergestellt, derart dass die Probleme auftreten,
dass die Massenproduktivität
gering ist und eine Form, wie beispielsweise ein Spitzendurchmesser
oder ein Spitzenwinkel eines Sondenabschnitts oder ein Durchmesser
einer Öffnung,
unregelmäßig ist.
Daneben ist es zur Durchführung
einer Sondenabtastung mit hoher Geschwindigkeit ohne Beschädigung notwendig,
dass die Resonanzfrequenz der Sonde hoch gemacht wird und die Federkonstante
klein gemacht wird. Da jedoch die Lichtleitfaser als das optische
Medium verwendet wird, gibt es das Problem, dass es schwierig ist,
die Sonde zu miniaturisieren, um die hohe Resonanzfrequenz und die
niedrige Federkonstante bereitzustellen.
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Ferner
gibt es das Problem, dass in der Sonde, in der die Lichtleitfaser
oder der Lichtwellenleiter gekrümmt
sind, der Verlust von fortgepflanztem Licht am gekrümmten Abschnitt
auftritt und das fortgepflanzte Licht sich nicht wirksam fortpflanzen
kann.
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EP 0964251 A offenbart
eine Kragarmlichtwellenleitersonde und ihr Herstellungsverfahren,
wobei die Sonde einen Haken aufweist, der mit einem zugespitzten
Nadelabschnitt ausgebildet ist.
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WO
95/0500A offenbart eine Kragarmsonde mit einer spitzen Spitze, die
am Ende eines Hakenabschnitts ausgebildet ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Vorhergesagten gemacht,
und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Lichtwellenleitersonde bereitzustellen, welche eine ausgezeichnete
Massenproduktivität,
Gleichförmigkeit
und Hochgeschwindigkeitsabtasteigenschaft aufweist, sowie ein fortgepflanztes
Licht wirksam fortpflanzen kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer kragarmähnlichen Lichtwellenleitersonde
bereitgestellt, die für
ein optisches Nahfeldabtastmikroskop verwendet wird und bei der
zwei Substrate, die durch ein Material mit einer anderen Ätzeigenschaft
aneinander gebunden sind, verwendet werden, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte umfasst:
anisotropes Ätzen eines
der Substrate, um einen Stufenabschnitt zum Biegen eines Teils eines
Lichtwellenleiters zu bilden;
Bilden eines Lichtwellenleiters
mit einer Kragarmform auf dem Stufenabschnitt; und
Bilden einer
Führung
zum Positionieren eines optischen Elements auf dem anderen der Substrate durch
anisotropes Ätzen.
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In
einer Lichtwellenleitersonde, die gemäß der Erfindung hergestellt
ist, kann, da das fortgepflanzte Licht am gebogenen Abschnitt wirksam
gebeugt werden kann, der Wirkungsgrad des Austretens von Licht aus
der winzigen Öffnung
oder der Wirkungsgrad der Erfassung von Licht an der winzigen Öffnung verbessert
werden. Ferner kann, da das fortgepflanzte Licht, das durch den
Lichtwellenleiter fortgepflanzt wurde, auf die winzige Öffnung konzentriert werden
kann, oder es kann im Gegenteil, da das Licht aus der winzigen Öffnung kollimiert
werden kann, der Wirkungsgrad verbessert werden.
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Um
die zuvor erwähnte
Aufgabe zu erreichen, wird ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtwellenleitersonde
gemäß Patentanspruch
1 bereitgestellt.
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Außerdem ist
das Substrat ein Monokristallsiliciumsubstrat.
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Darüber hinaus
werden bei den Substraten zwei Monokristallsiliciumsubstrate mit
identischen Ebenenorientierungen aneinander gebunden.
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Dazu
werden bei den Substraten zwei Monokristallsiliciumsubstrate mit
verschiedenen Ebenenorientierungen aneinander gebunden.
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Außerdem werden
bei den Substraten die Substrate derart gebunden, dass eine optische
Achsrichtung des Wellenleiters des Substrats, das eine Form bildet,
mit einer optischen Achsrichtung der Führung des Substrats (61),
das die Führung
bildet, übereinstimmt.
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Zudem
werden ein Kern des Lichtwellenleiters und ein Muster zum Definieren
der Führung
für das
optische Element gleichzeitig gebildet.
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Gemäß dem zuvor
dargelegten Verfahren zur Herstellung der Lichtwellenleitersonde
kann die Sonde durch Laminieren des Lichtwellenleiters auf das Substrat,
das die Form wird, hergestellt werden, derart dass die Massenproduktivität, die Formreproduzierbarkeit
und die Gleichförmigkeit
verbessert werden. Darüber
hinaus kann, da eine kleine Lichtwellenleitersonde hergestellt werden
kann, die Lichtwellenleitersonde mit einer niedrigen Federkonstanten
und einer hohen Resonanzfrequenz hergestellt werden. Demnach wird
es möglich,
eine Hochgeschwindigkeitsabtastung ohne Beschädigung der Sonde durchzuführen. Außerdem wird
es möglich,
einen gebogenen Abschnitt zu bilden, der ein fortgepflanztes Licht
wirksam fortpflanzen kann.
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Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich zu Veranschaulichungszwecken
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1A bis 1D sind
strukturelle Ansichten sind, welche eine Struktur einer Lichtwellenleitersonde
gemäß einer
Vergleichsausführungsform
1, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, darstellen;
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2A bis 2F erläuternde
Ansichten sind, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtwellenleitersonde
gemäß einer
Vergleichsausführungsform
2, die nicht zur vorliegenden Erfindung gehört, darstellen;
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3 eine
erläuternde
Ansicht in einem Schritt zur Herstellung der Lichtwellenleitersonde
gemäß der Vergleichsausführungsform
2, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, ist;
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4 eine
erläuternde
Ansicht in einem Schritt der Herstellung der Lichtwellenleitersonde
gemäß der Vergleichsausführungsform
2, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, ist;
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5 eine
strukturelle Ansicht ist, welche die Struktur einer Lichtwellenleitersonde
gemäß einer Vergleichsausführungsform
3, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, darstellt;
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6A bis 6J erläuternde
Ansichten sind, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtwellenleitersonde
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen;
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7A und 7B erläuternde
Ansichten in einem Schritt der Herstellung einer Lichtwellenleitersonde
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind;
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8A bis 8C erläuternde
Ansichten in einem Schritt der Herstellung einer Lichtwellenleitersonde
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind;
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9A bis 9F erläuternde
Ansichten in Schritten der Herstellung einer Lichtwellenleitersonde
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind;
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10A und 10B erläuternde
Ansichten in einem Schritt der Herstellung einer Lichtwellenleitersonde
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind; und
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11 eine
schematische Ansicht ist, welche die Struktur eines optischen Nahfeldabtastmikroskops,
das eine Lichtwellenleitersonde der Ausführungsform, die nicht zu der
vorliegenden Erfindung gehört,
verwendet, im Überblick
darstellt.
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Im
Folgenden werden die Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
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(Vergleichsausführungsform
1)
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1A bis 1D sind
strukturelle Ansichten, welche eine Struktur einer Lichtwellenleitersonde
gemäß einer
Vergleichsausführungsform
1, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, darstellen. 1A ist
eine Draufsicht von oben, 1B ist eine
Schnittansicht entlang eines Schnitts AA', 1C ist
eine Schnittansicht entlang eines Schnitts DD', und 1D ist
eine vergrößerte schematische Ansicht,
welche einen Lichtfortpflanzungszustand darstellt.
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Eine
Lichtwellenleitersonde 50 wird durch einen Lichtwellenleiter 2 und
einen Trägerabschnitt 1 zum
Tragen desselben gebildet. Der Lichtwellenleiter 2 ist
auf den Trägerabschnitt 1 laminiert
und einstückig
ausgebildet. Der Lichtwellenleiter 2 umfasst einen kragarmähnlichen
elastischen Funktionsabschnitt 3 und einen Sondenabschnitt 9 an
seiner Spitze. Ein gebogener Abschnitt 10, der zu einer
Seite des Sondenabschnitts 9 hin gebogen ist, ist in der Nähe der Spitze
ausgebildet. Der Sondenabschnitt 9 ist zugespitzt und umfasst
eine winzige Öffnung 5 an seiner
Spitze. Der Lichtwellenleiter 2 wird durch einen Kern 4 zum
Fortpflanzen von Licht in dem im Wesentlichen mittigen Abschnitt
und einen Mantel 6 an seinem äußeren Umfangsabschnitt gebildet.
Obwohl nicht dargestellt, sind der elastische Funktionsabschnitt 3 und
der Sondenabschnitt 9 mit Lichtschutzfilmen überzogen,
und ein Abschnitt der Spitze des Sondenabschnitts 9, der
nicht mit dem Lichtschutzfilm überzogen
ist, wird die winzige Öffnung 5.
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Die
Brechzahl des Mantels 6 ist im Vergleich zur Brechzahl
des Kerns 4 verhältnismäßig klein.
Die Länge
des elastischen Funktionsabschnitts 3 beträgt zum Beispiel
50 μm bis
1.000 μm.
Die Länge
des Sondenabschnitts 9 beträgt zum Beispiel 1 μm bis 30 μm. Die Profilform
vertikal zur optischen Achse des Kerns 4 ist viereckig,
und die Länge
einer Seite beträgt
1 μm bis
100 μm.
Die Profilform des Lichtwellenleiters 3 vertikal zur optischen
Achse ist im Wesentlichen viereckig, und die Länge einer Seite beträgt 5 μm bis 500 μm. Die Dicke
des Trägerabschnitts 1 beträgt zum Beispiel
200 μm bis
600 μm.
Die Länge
und die Breite des Trägerabschnitts 1 betragen
zum Beispiel 1 mm bis 50 mm. Als Materialien des Kerns 4 und
des Mantels 6 ist es möglich,
verschiedene dielektrische Materialien, wie beispielsweise Siliciumdioxid,
Glasmaterial, wie beispielsweise Siliciumdioxid dotiert mit Fluor
oder Bor, ein organisches Material, wie beispielsweise Polyurethan
oder Epoxid, Metalloxid, wie beispielsweise Niobiumoxid oder Zinkoxid, und
dergleichen zu verwenden. Für
den Lichtschutzfilm kann ein Material, das Licht reflektiert, wie
beispielsweise Gold, Platin, Aluminium, Chrom oder Nickel, verwendet
werden. Die Dicke des Lichtschutzfilms beträgt zum Beispiel 100 nm bis
1 μm. Der Durchmesser
der winzigen Öffnung 5 beträgt zum Beispiel
10 nm bis 500 nm.
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In
dem optischen Lichtwellenleiter 2 ist der Sondenabschnitt 9 an
der Spitze des elastischen Funktionsabschnitts 3 ausgebildet,
und der halbe Abschnitt des elastischen Funktionsabschnitts 3 ist
zur Seite des Sondenabschnitts 9 hin gebogen. In dieser Ausführungsform
ist, wie in 1D dargestellt, der Lichtwellenleiter 2 durch
den gebogenen Abschnitt 10 gebogen, wo zwei flache Flächen 12 und 13 einander
schneiden, und der Kern 4 ist entlang der Schnittlinie
der beiden flachen Fläche 12 und 13 ausgebildet.
Wie in 1C dargestellt, sind die beiden flachen
Flächen 12 und 13 in
Bezug auf die Oberfläche
des Substrats 1, das den Lichtwellenleiter 2 bildet,
etwa 55 Grad geneigt, wobei sie in Bezug auf die Ebene (Schnitt
AA'), welche die
optische Achse des Lichtwellenleiters 2 und die winzige Öffnung 5 umfasst,
symmetrisch sind und einander bei 90 Grad schneiden.
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Nachdem
einfallendes Licht 8 von einem Einfallende 11 auf
den Lichtwellenleiter 2 auftrifft, pflanzt es sich durch
den Kern 4 fort. Ein fortgepflanztes Licht 7 wird
am gebogenen Abschnitt 10 reflektiert und in die winzige Öffnung 5 eingeführt. Es
ist wünschenswert,
dass ein Unterschied der Brechzahl zwischen dem Kern 4 und
dem Mantel 6 groß genug
ist und das fortgepflanzte Licht 7 durch eine Grenzfläche dazwischen
total reflektiert wird. Im Fall, dass keine Totalreflexion erfolgt,
kann ein reflektierender Film auf der Oberfläche des Mantels 6 gebildet
werden. Bei solch einer Struktur ist ein Beugungswinkel, in dem
das fortgepflanzte Licht 7 gebeugt wird, klein (zum Beispiel
90 Grad oder weniger), und ein Einfallswinkel des fortgepflanzten
Lichts 7 auf die beiden flachen Flächen 12 und 13,
welche den gebogenen Abschnitt 10 bilden, kann klein gemacht
werden, derart dass die Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen
dem Kern 4 und dem Mantel 6 erfolgen kann und
ein Verlust am gebogenen Abschnitt 10 verringert werden
kann. Außerdem
wird das fortgepflanzte Licht 7 nicht direkt in der optischen
Achsrichtung reflektiert, sondern kann so reflektiert werden, dass
es auf die Seite der winzigen Öffnung 5 konzentriert wird,
und das fortgepflanzte Licht 7 im Kern 4 kann auf
die Nähe
der winzigen Öffnung 5 konzentriert werden.
Wie dies kann im gebogenen Abschnitt 10, da das fortgepflanzte
Licht 7 im Kern 4 wirksam konzentriert und zur
winzigen Öffnung
reflektiert wird, Nahfeldlicht mit hoher Intensität von der
winzigen Öffnung 5 emittiert
werden.
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Auch
im Fall, dass eine Erfassung an der winzigen Öffnung 5 erfolgt und
Licht sich in einer umgekehrten Richtung durch den Lichtwellenleiter 2 fortpflanzt,
kann das Licht auf ähnliche
Weise wirksam reflektiert werden. Hierbei können, obwohl die Beschreibung
als Beispiel des Falles angegeben wurde, in dem der gebogene Abschnitt 10 durch
die beiden flachen Flächen 12 und 13 ausgebildet
ist, die jeweiligen Flächen
gekrümmte
Flächen
sein, oder der gebogenen Abschnitt kann nicht aus zwei, sondern
aus vier oder mehr Flächen
gebildet werden.
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Im
Fall, dass ein optischer Detektor in der Spitzenendrichtung des
Lichtwellenleiters 2 angeordnet wird und die optischen
Eigenschaften einer Probe in einem Reflexionsmodus beobachtet werden,
gibt es, da die winzige Öffnung 5 an
der Spitze des kragarmähnlichen
Lichtwellenleiters 2 ausgebildet ist, keinen großen Abschnitt,
an dem ein reflektiertes Licht an der Probe durch den Lichtwellenleiter 2 blockiert wird,
und das reflektierte Licht an der Probe kann wirksam erfasst werden.
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Wie
bereits erwähnt,
wird gemäß der zuvor beschriebenen
Lichtwellenleitersonde 50 das einfallende Licht 8 vom
Einfallende 11 des Lichtwellenleiters 2 eingeführt, und
das Licht kann von der winzigen Öffnung 5 auf
die Messprobe gestrahlt werden. Alternativerweise wird Licht, das
nahe der Oberfläche
der Probe lokal vorhanden ist, durch die winzige Öffnung 5 erfasst
und kann durch einen Detektor, der hinter dem Einfallende (in diesem
Fall wird es ein Austrittsende) 11 des Lichtwellenleiters 2 angeordnet ist,
erfasst werden. Die Lichtstrahlung und die Lichterfassung durch
die winzige Öffnung
können
wirksam durchgeführt
werden.
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Der
elastische Funktionsabschnitt 3 kann klein gemacht werden,
und seine Federkonstante und seine Resonanzfrequenz können durch
die Länge
und die Breite des elastischen Funktionsabschnitts 3 eingestellt
werden. Da der elastische Funktionsabschnitt 3 so gemacht
werden kann, dass er eine kleine Federkonstante und eine hohe Resonanzfrequenz aufweist,
kann die Abtastung mit hoher Geschwindigkeit ohne Beschädigung der
Probe und der Sonde erfolgen.
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(Vergleichsausführungsform
2)
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2A bis 2F sind
erläuternde
Ansichten, welche ein Vergleichsverfahren zur Herstellung der Lichtwellenleitersonde
der Vergleichsausführungsform
1 darstellen. 3 und 4 sind Draufsichten
von oben von 2B beziehungsweise 2E. 2A stellt
einen Zustand dar, in welchem ein Siliciumdioxid 32, das
eine Maske wird, auf einem Substrat 31 gemustert wird.
Obwohl das Substrat 31 aus Silicium besteht, kann, wenn
eine Form gebildet werden kann, ein Quarzsubstrat oder dergleichen verwendet
werden. 2B stellt einen Schritt des Bildens
einer Form, welche ein gebogener Abschnitt eines Lichtwellenleiters
wird, durch Verwenden des gemusterten Siliciumdioxids 32 als
eine Maske und durch anisotropes Ätzen unter Verwendung von Kaliumhydroxid
(KOH) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) dar. Die Draufsicht
von oben dieser Form ist 3. Wie durch einen Schnitt BB' dargestellt (was
auch auf einen Schnitt CC' zutrifft),
sind zwei geneigte Flächen 36 ausgebildet,
die jeweils einen Winkel (etwa 55 Grad) in Bezug auf eine untere Oberfläche 37 des
Substrats 31 aufweisen. Die beiden Flächen schneiden einander bei
90 Grad.
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2C stellt
einen Schritt des Aufbringens eines Lichtwellenleiters 33 auf
die gebogene Form dar. Ein Mantelmaterial wird auf die gebogene
Form aufgebracht, dann wird darauf ein gemustertes Kernmaterial
aufgebracht, und darauf wird schließlich ein Mantelmaterial aufgebracht.
Als Aufbringverfahren des Kernmaterials und des Mantelmaterials
werden Verfahren verwendet, welche für die Materialien geeignet
sind. Zum Beispiel wird im Fall von Siliciumoxid ein Gasphasensyntheseverfahren
(im Folgenden abgekürzt
mit CVD), Sputtern, eine Vakuumbedampfung oder dergleichen verwendet.
Die Brechzahl des Mantelmaterials ist verhältnismäßig kleiner als die Brechzahl
des Kernmaterials.
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2D stellt
einen Schritt des Bildens einer Maske 34 auf dem Lichtwellenleiter 33 zum
Mustern desselben zu einer Kragarmform mit einem Probenabschnitt
dar.
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2E stellt
einen Schritt des Musterns des Lichtwellenleiters 33 unter
Verwendung der Maske 34 dar. Der Lichtwellenleiter 33 kann
durch Trockenätzen
oder Nassätzen
gemustert werden. 4 ist eine Draufsicht von oben,
welche diesen Zustand darstellt. Ein Lichtwellenleiter 35,
welcher den Sondenabschnitt umfasst, ist entlang der unteren Oberfläche 37 und
der geneigten Flächen 36 ausgebildet. Der
Sondenabschnitt ist in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung
in Bezug auf das Substrat 31 zugespitzt.
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2F stellt
eine Schritt des Trennens eines Teils des Lichtwellenleiters 35 vom
Substrat 31 dar. Das Substrat 31 wird durch Ätzen entfernt,
während das
Substrat, das den Lichtwellenleiter 35 trägt, belassen
wird, derart dass die kragarmähnliche
Lichtwellenleitersonde 50 gebildet wird.
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Ferner
wird, obwohl nicht dargestellt, ein Film aus Metall (Al, Cr oder
dergleichen) um den kragarmähnlichen
Lichtwellenleiter 35 gebildet, und eine winzige Öffnung wird
an der Spitze des Sondenabschnitts gebildet.
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Gemäß den zuvor
beschriebenen Schritten kann die Lichtwellenleitersonde 50 der
Vergleichsausführungsform
1 einfach und mit einer ausgezeichneten Massenproduktivität und Gleichförmigkeit
hergestellt werden.
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(Vergleichsausführungsform
3)
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Eine
Lichtwellenleitersonde 51 gemäß einer Vergleichsausführungsform
3, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Im Übrigen
sind Abschnitt, welche jenen der in Ausführungsform 1 beschriebenen
Lichtwellenleitersonde 50 ähneln, mit denselben Bezugszeichen
benannt, und die Beschreibung wird unterlassen.
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Diese
Lichtwellenleitersonde umfasst zusätzlich zu den Elementen, welche
die Lichtwellenleitersonde 50 bilden, einen Trägerabschnitt 1,
der mit einer V-Nut versehen ist, eine Trägerschicht 41, die zwischen
dem Trägerabschnitt 1 und
einem Mantel 6 vorgesehen ist, und einen Lichteinführungsabschnitt 43,
der aus dem Mantel 6 und dem Kern 4 besteht und über die
V-Nut 42 vorsteht. Im Übrigen
kann auch eine Struktur eingesetzt werden, in welcher der Lichteinführungsabschnitt 43 nicht
vorgesehen ist. Außerdem
muss die Trägerschicht 41 nicht
bereitgestellt werden.
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Durch
Anbringen einer Lichtleitfaser in der V-Nut 42 wird es
einfach, Licht von der Lichtleitfaser wirksam in den Kern 4 einzuführen. Außerdem kann zusätzlich zur
Lichtleitfaser ein optisches Element, wie beispielsweise ein Halbleiterlaser,
eine Leuchtdiode oder eine Linse, in der V-Nut angebracht werden.
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6A bis 6J sind
Ansichten zum Erklären
eines Verfahrens zur Herstellung einer Lichtwellenleitersonde 51,
wobei das Verfahren eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Im Folgenden ist die obere Seite
der Zeichnung als eine Vorderfläche
ausgeführt,
und die untere Seite ist als eine Rückfläche ausgeführt. Wie in 6A dargestellt,
wird ein Ausgangssubstrat (Silicium-auf-Isolator-Substrat, im Folgenden als
SOI-Substrat für
engl. silicium on isolator substrate bezeichnet) verwendet, welches
ein Substrat 61, das aus Silicium besteht, einen Oxidfilm 62 auf
dem Substrat 61 und eine aktive Schicht 63, die
aus Silicium besteht und auf dem Oxidfilm ausgebildet ist, umfasst.
Die aktive Schicht 63 und das Substrat 61 bestehen
aus Siliciumkristall einer (100)-Ebene. Obwohl eine Richtung von
orientiert flach eines (100)-Wafers eine <100>-Richtung ist,
ist im Ausgangssubstrat der vorliegenden Erfindung die orientierte
flache Richtung der aktiven Schicht 63 so gemacht, dass
sie von der des Substrats 61 um 45 Grad abweicht. Das heißt, in 6A ist die
Kristallorientierung des Substrats 61, die durch den Pfeil
A angezeigt wird, die <110>-Richtung, die Kristallorientierung
der aktiven Schicht, die in der Zeichnung durch den Pfeil B angezeigt
wird, ist eine <100>-Richtung und die Richtungen stimmen
jeweils mit den optischen Achsrichtungen der Lichtleitfaser und
des Lichtwellenleiters 2, die in der V-Nut angebracht sind, überein.
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Eine
Maske 64 zur Stufenabschnittsbildung wird auf der aktiven
Schicht 63 gebildet. Außerdem wird auf der Rückflächenseite
des Substrats 1 eine Maske 65 zur Freigabe gebildet.
Als Materialien der Maske für
die Stufenabschnittsbildung und der Maske 65 zur Freigabe
wird ein Material verwendet, das gegen anisotropes Ätzen unter
Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen beständig ist, wie beispielsweise
Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid.
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Als
Nächstes
wird, wie in 6B dargestellt, aus der Vorderseite
die aktive Schicht 61 durch anisotropes Ätzen unter
Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen geätzt, um einen Stufenabschnitt
zu bilden. Eine Draufsicht von oben zu diesem Zeitpunkt ist gleich
wie der Zustand, der unter Bezugnahme auf 3 in Ausführungsform
2 erläutert
wurde.
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Als
Nächstes
wird nach dem Entfernen der Maske 64 für die Stufenabschnittsbildung,
wie in 6C dargestellt, ein Lichtwellenleiter 33 gebildet. Ein
Bildungsverfahren, eine Größe und ein
Material des Lichtwellenleiters sind dieselben wie jene, die in Ausführungsform
1 und 2 erläutert
wurden.
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6D stellt
einen Schritt des Bildens einer Maske 34 auf dem aufgebrachten
Lichtwellenleiter 33 zum Mustern desselben zu einer Kragarmform
mit einem Sondenabschnitt dar. 6E stellt
einen Schritt des Musterns des Lichtwellenleiters 33 durch Verwenden
der Maske 34 dar. Der Lichtwellenleiter 33 kann
durch Trockenätzen
oder Nassätzen
gemustert werden. Die Draufsicht von oben in diesem Zustand ähnelt dem
Zustand von 4, die in Ausführungsform
2 erläutert
wurde.
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Als
Nächstes
wird, wie in 6F dargestellt, der Oxidfilm 62 gemustert,
derart dass eine Maske für
eine V-Nut gebildet wird. Eine Draufsicht von oben eines Abschnitts,
der in 6F von einer gestrichelten Linie
umgeben ist, ist in 6G dargestellt.
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Als
Nächstes
wird, wie in 6H dargestellt, durch das anisotrope Ätzen unter
Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen die V-Nut aus der Vorderflächenseite
gebildet, und die aktive Schicht 63 wird entfernt. Außerdem kann
der Lichteinführungsabschnitt 43 durch
das Muster des Oxidfilms 62, der in 6G erläutert wurde,
gebildet werden.
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Als
Nächstes
wird, wie in 6I dargestellt, das Trägersubstrat 61 durch
ein Verfahren, wie beispielsweise anisotropes Ätzen unter Verwendung von KOH,
TMAH oder dergleichen oder reaktives Ionenätzen (RIE für engl. reactive ion etching),
aus der Rückflächenseite
geätzt,
und ein Kragarm wird freigegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird, da der
Oxidfilm 62 bleibt, der unnötige Oxidfilm 62 durch
Trockenätzen
durch RIE von der Rückflächenseite
entfernt, wie in 6J dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt
bleibt die Maske 65 zur Freigabe gemäß einer Dickenbeziehung zwischen dem
Oxidfilm 62 und der Maske 65 zur Freigabe, oder
sie bleibt nicht.
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Danach
wird durch Sputtern oder Vakuumbedampfung der Lichtschutzfilm auf
dem Lichtwellenleiter 33 gebildet, und die winzige Öffnung 5 wird
an der Spitze des Lichtwellenleiters 33 gebildet.
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Wie
bereits erwähnt,
kann gemäß dem Lichtwellenleiterkragarm 51 und
seinem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
da sich die orientierte flache Richtung des Trägersubstrats 61 und
die der aktiven Schicht 63 um 45 Grad voneinander unterscheiden,
zusätzlich
zu dem Lichtwellenleiterkragarm 50, der in Ausführungsform
1 und 2 erläutert
wurde, die V-Nut 42 zum Einführen von Licht in den Kern
einfach gebildet werden. Demgemäß kann das
Licht zusätzlich
zu den Wirkungen, die in Ausführungsform
1 und 2 erläutert wurden,
auch in den Kern 4 wirksam und einfach eingeführt werden
(Beleuchtungsmodus). Außerdem kann
das Licht, das an der winzigen Öffnung 5 erfasst wird,
durch den Kern 4 und die Lichtleitfaser, die in der V-Nut 42 angebracht
ist, wirksam erfasst werden (Sammelmodus). Außerdem können der zuvor erwähnte Beleuchtungsmodus
und der Sammelmodus gleichzeitig ausgeführt werden. Darüber hinaus
ist es möglich,
zusätzlich
zur Lichtleitfaser ein optisches Element, wie beispielsweise eine
Linse oder ein Filter, in der V-Nut 42 zu positionieren
und anzubringen, und es wird einfach, Licht auf dem Kern 4 auftreffen zu
lassen und/oder Licht vom Kern 4 zu erfassen, sowie die
Wellenlänge
und die Phase von Licht, das auf dem Kern 4 auftrifft,
und/oder Licht, das vom Kern 4 abgeht, zu kontrollieren.
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Außerdem kann
Licht durch Bereitstellen des Lichteinführungsabschnitts 43,
da der Abstand zwischen der Lichtleitfaser und dem Kern 4 ohne
Störung
durch die geneigte Fläche
der V-Nut 42 verringert werden kann, wirksam in den Kern 4 eingeführt werden,
und die Intensität
von Nahfeldlicht, das von der winzigen Öffnung 5 ausgestrahlt
wird, kann hoch gemacht werden.
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Darüber hinaus
kann gemäß dem Verfahren zur
Herstellung des Lichtwellenleiterkragarms 51 der dritten
Vergleichsausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Lichtwellenleiterkragarm 51 einfach hergestellt
werden. Da dieses Herstellungsverfahren ein Chargenprozess auf der
Basis einer Halbleiterprozesses ist, kann eine Mehrzahl von Lichtwellenleiterkragarmen
aus einem Ausgangsmaterial hergestellt werden. Demgemäß kann der
Lichtwellenleiterkragarm 51 kostengünstig hergestellt werden.
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(Ausführungsform 4)
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Ein
Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Lichtwellenleiterkragarms 51 wird
nun unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben. 7A stellt
einen Zustand nach dem Schritt, der in 6B in
Ausführungsform
3 erläutert wurde,
dar, und 7B ist eine Schnittansicht an
einer Position, die in 7A durch A-A' angezeigt ist. Eine Maske 64 zur
Stufenabschnittsbildung und eine Maske 65 zur Freigabe
werden der Einfachheit halber weggelassen.
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In 7A wird
ein Ausgangssubstrat verwendet, das dem von Ausführungsform 3 ähnelt. Eine
vorgegebene Stufenabschnittsbildungsmaske 64 wird auf dem
Ausgangssubstrat gebildet, und ein Stufenabschnitt wird durch Verwenden
einer Ätzlösung (KOH-
und IPA-Lösung)
einer Mischung aus KOH und mehreren Prozenten bis mehreren Zehntel Prozenten
Isopropylalkohol, einer Ätzlösung (Lösung aus
TMAH und einem oberflächenaktiven
Stoff) einer Mischung aus TMAH und mehreren Prozenten bis mehreren
Zehntel Prozenten oberflächenaktiven Stoff,
einer Ethylendiaminpyrocatechinlösung
oder dergleichen gebildet. In der KOH- und IPA-Lösung oder der Lösung aus
TMAH und einem oberflächenaktiven
Stoff sind eine Ätzrate
einer (111)-Ebene und eine Ätzrate
einer (110)-Ebene umgekehrt im Vergleich zum Ätzen durch die einzige Substanz
von KOH oder TMAH. Demgemäß wird ein
Winkel einer geneigten Fläche 71 in 7A etwa
45 Grad.
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Durch
den auf diese Weise gebildeten Stufenabschnitt und den Prozess,
der in Ausführungsform
3 erläutert
wurde, wird im Lichtwellenleiterkragarm 51 eine einzige
Fläche
mit einem Winkel von 45 Grad zwischen dem Wellenleiter 33 und
dem Sondenabschnitt 9 gebildet. Diese einzige Fläche fungiert
als Spiegel. Demgemäß kann der
Lichtwellenleiter 51 wirksam Licht in die winzige Öffnung 5 einführen und
den Wirkungsgrad der Erzeugung von Nahfeldlicht, das von der winzigen Öffnung 5 ausgestrahlt wird,
verbessern.
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Außerdem ist
es durch Verwenden solch eines Ausgangssubstrats, dass die Ebenenorientierungen
sowohl eines Substrats 61 als auch einer aktiven Schicht 63 (100)-Ebenen sind und auch
die Kristallrichtungen gleich sind, möglich, den Lichtwellenleiterkragarm 51 zu
erhalten, in welchem ein gebogener Abschnitt 10 aus zwei
Flächen
gemacht wird wie in dem Lichtwellenleiterkragarm 51, der
in Ausführungsform
3 erläutert
wurde.
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Der
Winkel von 45 Grad des gebogenen Abschnitts der Lichtwellenleiterkragarms 51 in
dieser Ausführungsform
ist kleiner als der Winkel von 55 Grad des gebogenen Abschnitts 10,
der in Ausführungsform
3 erläutert
wurde. Demgemäß kann der Lichtwellenleiterkragarm 51 dieser
Ausführungsform wirksamer
Licht zur winzigen Öffnung 5 führen als der
Lichtwellenleiterkragarm 51, der in Ausführungsform
3 erläutert
wurde, und der Wirkungsgrad der Erzeugung von Nahfeldlicht, das
von der winzigen Öffnung 5 ausgestrahlt
wird, wird verbessert.
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(Ausführungsform 5)
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Ein
Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Lichtwellenleiterkragarms 51 wird
nun unter Bezugnahme auf 8A bis 8C beschrieben. 8A ist
eine perspektivische Ansicht, welche einen Zustand nach dem in 6B in Ausführungsform
3 erläuterten
Schritt darstellt, 8B ist eine Draufsicht von oben,
und 8C ist eine Schnittansicht an einer Position,
die in 8B durch den Pfeil A-A' angezeigt ist. Im Übrigen werden eine
Maske 64 zur Stufenabschnittsbildung und eine Maske 65 zur
Freigabe der Einfachheit halber weggelassen.
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In
dieser Ausführungsform
wird ein Siliciummonokristall einer (110)-Ebene für eine aktive
Schicht 63 verwendet. Ein Substrat 61 ist ein
Siliciummonokristall einer (100)-Ebene, und eine Kristallrichtung, die
in 8A durch den Pfeil A angezeigt wird, ist eine <110>-Richtung. Eine vorgegebene
Stufenabschnittsbildungsmaske 64 wird gebildet, und die
aktive Schicht 63 wird durch anisotropes Ätzen unter Verwendung
von KOH, TMAH oder dergleichen geätzt, derart dass ein Stufenabschnitt,
wie in 8A dargestellt, gebildet werden
kann. Wie in 8B dargestellt, weist eine geneigte
Fläche 81 zu
diesem Zeitpunkt einen Winkel von etwa 35 Grad in Bezug auf einen
Oxidfilm auf, und ein Wellenleiter 33 wird auf diesem Stufenabschnitt
gebildet.
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Durch
den Stufenabschnitt, der in 8A und 8B dargestellt
ist, und den in Ausführungsform
3 erläuterten
Prozess wird in diesem Lichtwellenleiterkragarm 51 eine
einzige Fläche
des Winkels von 35 Grad zwischen dem Wellenleiter 33 und
einem Sondenabschnitt 9 gebildet. Die einzige Fläche fungiert
als Spiegel. Da der Winkel durch die Ebenenorientierung des Siliciummonokristalls
definiert wird, ist die Genauigkeit des Winkels hoch. Demgemäß wird ein
geometrisch-optisches Verfahren, ein Wellenleitersimulator oder
dergleichen verwendet, um solch eine Konstruktion zu machen, dass
sich Licht, das sich durch den Wellenleiter 33 fortpflanzt,
wirksam zur winzigen Öffnung 5 fortpflanzt,
und es ist einfach, den Wellenleiter 33, den Spiegel, die
winzige Öffnung 5 und
dergleichen genau in Übereinstimmung
mit den Konstruktionswerten zu bilden. Da die Position der winzigen Öffnung 5 im
Vergleich zur Position des Spiegels näher an der Spitzenseite des Wellenleiters
ausgebildet ist, kann der Spiegel des Winkels von 35 Grad, der kleiner
als der Winkel von 45 Grad ist, Licht wirksamer in die winzige Öffnung 5 einführen. Demgemäß kann der
Lichtwellenleiterkragarm 51 der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung
wirksam Nahfeldlicht erzeugen.
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In
Ausführungsform
3 bis 5 können,
obwohl Monokristallsilicium der (110)-Ebene oder der (100)-Ebene
für die
aktive Schicht 63 verwendet wird, Spiegel mit verschiedenen
Winkeln durch Siliciummonokristallsubstrate mit anderen Kristallebenen
als diesen oder einer anderen Kombination von Substraten als Silicium
und dem Substrat 61 gebildet werden.
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(Ausführungsform 6)
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Ein
Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Lichtwellenleiterkragarms 51 wird
nun unter Bezugnahme auf 9A bis 9F beschrieben.
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9A ist
eine Draufsicht von oben nach dem Schritt, der in 6 in
Ausführungsform
3 erläutert
wurde, und ein Abschnitt einer geneigten Fläche wird der Einfachheit halber
nicht dargestellt. Um einen Wellenleiter 33 zu bilden,
wird ein Kern 91 gebildet, und gleichzeitig wird ein Paar
von Mustern 92, welche die V-Nutbreite definieren, gebildet.
Dasselbe Material, zum Beispiel Siliciumdioxid, wird für den Kern 91 und
die Muster 92, welche die V-Nutbreite definieren, verwendet. Ein
Abstand W1 der Muster 92, welche die V-Nutbreite definieren,
ist gleich oder schmaler als die Breite einer V-Nut 42.
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Als
Nächstes
wird, wie in 9B oder 9C dargestellt,
ein Schutzfilm 93 aufgebracht, und es erfolgt Mustern.
Der Schutzfilm 93 besteht aus einem Material, das in KOH
oder TMAH löslich ist,
zum Beispiel Metall, wie beispielsweise Aluminium, Chrom oder dergleichen.
Der Schutzfilm 93 wird so gebildet, dass er eine Innenkantenlinie
jedes der Muster 92, welche die V-Nutbreite definieren, schützt. Außerdem kann
er, wie in 9C dargestellt, so gebildet
werden, dass er einen Teil des Kerns 91 abdeckt.
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Als
Nächstes
wird ein oberer Mantel 94 aufgebracht, und es erfolgt Mustern,
wie in 9D oder 9E dargestellt. 9D stellt
einen Zustand nach dem in 9B erläuterten
Schritt dar, und 9E stellt einen Zustand nach
dem in 9C erläuterten Schritt dar. Der obere
Mantel 94 besteht aus einem Material, das in KOH oder TMAH
unlöslich
ist, zum Beispiel Siliciumdioxid.
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Nach
dem zuvor erwähnten
Schritt erfolgt anisotropes Kristallätzen unter Verwendung von KOH
oder TMAH, derart dass eine V-Nut 42, wie in 9F dargestellt,
gebildet werden kann. Die Breite der V-Nut 42 wird durch
die Muster 92, welche die V-Nutbreite definieren, bestimmt.
Eine Positionsabgleitung zwischen der Mittelachse der V-Nut und
der Mittelachse des Kerns 91 wird durch den Schritt von 9A bestimmt
und ist mit dem Grad der Maßgenauigkeit
einer Maske vergleichbar, die in einem Fotolithografieprozess verwendet
wird, welche vernachlässigt
werden kann.
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In
den Verfahren, die in Ausführungsform
3 bis 5 erläutert
wurden, wird die Positionsgenauigkeit der optischen Achse des Wellenleiters 33 und
der V-Nut 42 durch die Ausrichtungsgenauigkeit, wenn die
V-Nut 42 gemustert wird, bestimmt und beträgt etwa ± 1 bis
3 μm. Im
Fall, dass die Breite des Kerns 4 des Wellenleiters 33 mehrere μm beträgt, wird
jedoch der Wirkungsgrad von Licht, das in den Wellenleiter 33 eingeführt wird,
durch die Ausrichtungsgenauigkeit des Musterns verringert. Da jedoch
gemäß dem Verfahren
dieser Ausführungsform
die Abgleitung zwischen der Mittelachse des Kerns 91 und der
Mittelachse der V-Nut 42 so gering ist, dass sie vernachlässigt werden
kann, kann Licht wirksam in den Kern 91 eingeführt werden,
und/oder Licht vom Kern kann wirksam erfasst werden. Demgemäß können der
Wirkungsgrad der Erzeugung von Nahfeldlicht, das vom Lichtwellenleiterkragarm 51 ausgestrahlt
wird, und/oder der Wirkungsgrad der Erfassung von Nahfeldlicht,
das durch den Lichtwellenleiterkragarm 51 erfasst wird,
verbessert werden.
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(Ausführungsform 7)
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Ein
Lichtwellenleiterkragarm 51, der gemäß der Erfindung hergestellt
wird, wird nun unter Bezugnahme auf 10A und 10B beschrieben.
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10A ist eine Ansicht, welche einen Zustand nach
dem in 6B in Ausführungsform 3 erläuterten
Schritt darstellt, und 10B ist
eine Schnittansicht an einer Position, die in 10A durch den Pfeil A-A' angezeigt wird. Im Übrigen werden eine Maske 64 zur
Stufenabschnittsbildung und eine Maske 65 zur Freigabe
der Einfachheit halber weggelassen.
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In 10A wird ein Ausgangssubstrat ähnlich dem verwendet, das in 3 bis 6 dargestellt ist. Nach der Bildung eines
Stufenabschnitts, wie in 10A dargestellt,
wird ein Lichtwellenleiter 33 gebildet. Die Form des Lichtwellenleiters 33 wird
beinahe dieselbe wie jene, die durch Schneiden der Form des in 1D in
Ausführungsform
1 dargestellten Lichtwellenleiters 2 durch eine Fläche, welche
die optische Achse in 1D umfasst, und vertikal zur
Papierebene von 1D erhalten wird. Ein Winkel
einer geneigten Fläche
wird durch eine Ebenenorientierung und eine Kristallrichtung einer
aktiven Schicht 43 bestimmt, und eine geneigte Fläche 36,
welche dem entspricht, wird im Lichtwellenleiter 33 gebildet. Außerdem ist
die Position, an der eine winzige Öffnung 5 ausgebildet
ist, die Spitze des Lichtwellenleiters 33, wie in 10A und 10B dargestellt.
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Durch
den Stufenabschnitt und den Lichtwellenleiter 33, der auf
diese Weise gebildet wird, sowie den in Ausführungsform 3 erläuterten
Prozess umfasst der Lichtwellenleiterkragarm 51 eine Beugungsfläche zwischen
dem Lichtwellenleiter 33 und einem Sondenabschnitt, welche
nicht vertikal zur optischen Achse des Lichtwellenleiters 33 ist
und aus einer einzigen Fläche
besteht. Zum Beispiel kann im Fall, dass die aktive Schicht 63 eine
(100)-Halbleiterscheibe ist und die geneigte Fläche 36 eine (111)-Ebene ist,
da die geneigte Fläche 36 schräg zur optischen Achse
ausgebildet ist, eine winzige Öffnung 5 auf
der optischen Achse von Licht, das sich durch den Lichtwellenleiter 33 fortpflanzt,
angeordnet werden. Demgemäß kann der
Lichtwellenleiterkragarm 51 Nahfeldlicht mit hoher Intensität von der
winzigen Öffnung
ausstrahlen, und er kann Nahfeldlicht der Oberfläche der Probe durch die winzige Öffnung wirksam erfassen.
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(Vergleichsausführungsform
8)
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11 stellt
die Struktur eines optischen Nahfeldabtastmikroskops dar, welches
eine Lichtwellenleitersonde, die gemäß der vorhergehenden Ausführungsform
hergestellt ist, als einen optischen Mikrokragarm verwendet.
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Wie
in der Zeichnung dargestellt, umfasst das optische Nahfeldabtastmikroskop 1000 einen
optischen Mikrokragarm 410, eine Lichtquelle 509,
eine Linse 510 zum Konzentrieren eines fortgepflanzten Lichts
von der Lichtquelle und Bestrahlen eines Lichtwellenleiters des
optischen Mikrokragarms, ein Prisma 502, das unter einer
Probe 501 angeordnet ist und ein fortgepflanztes Licht
reflektiert, das durch Streuen eines Nahfeldlichts erhalten wird,
das an einer Spitze des optischen Mikrokragarms erzeugt wird, eine
Linse 505 zum Konzentrieren des fortgepflanzten Lichts
vom Prisma und einen Lichtdetektor 506 zum Empfangen des
fortgepflanzten Lichts, das durch die Linse konzentriert wird.
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Darüber hinaus
umfasst das Mikroskop über dem
optischen Mikrokragarm einen Laseroszillator 512 zum Schwingen
eines Laserlichts, einen Spiegel 513 zum Reflektieren des
Laserlichts, das an einem freien Ende des optischen Mikrokragarms
reflektiert wird, und einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511,
der in einen oberen und einen unteren Teil geteilt ist, zum Empfangen
des Laserlichts, das am Spiegel 513 reflektiert wird, und
zum Durchführen der
photoelektrischen Umwandlung. Ferner umfasst das Mikroskop einen
Feinbewegungsmechanismus 503 und einen Grobbewegungsmechanismus 504 zum
dreidimensionalen Bewegen und Steuern der Probe 501 und
des Prismas 502, einen Servomechanismus 508 zum
Antreiben des Feinbewegungsmechanismus 503 und des Grobbewegungsmechanismus 504,
sowie einen Rechner 507 zum Steuern des Ganzen. Dieses
optische Nahfeldabtastmikroskop 1000 ist zur Beobachtung
eines dynamischen Modus oder eines Kontaktmodus geeignet.
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Als
Nächstes
wird die Funktionsweise des optischen Nahfeldabtastmikroskops 1000 beschrieben.
Das Laserlicht, das vom Laseroszillator 512 geschwungen
wird, wird am freien Ende des optischen Mikrokragarms reflektiert.
Der optische Mikrokragarm wird durch Atomkraft zwischen seiner Spitze
und der Probe 501 verschoben. Bei dieser Verschiebung wird
ein Reflexionswinkel des Laserlichts, das am freien Ende des optischen
Mikrokragarms reflektiert wird, gebeugt, und diese Beugung wird
durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511 erfasst.
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Ein
Signal, das durch den fotoelektrischen Abschnitt 511 erfasst
wird, wird an den Rechner 507 geendet. Der Rechner 507 steuert
den Feinbewegungsmechanismus 503 und den Grobbewegungsmechanismus 504,
derart dass die Biegung des optischen Mikrokragarms bei der Annäherung an
die Probe 501 oder der Beobachtung der Oberfläche einen
eingestellten Wert nicht überschreitet.
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Das
fortgepflanzte Licht, das von der Lichtquelle 509 emittiert
wird, wird durch die Linse 510 konzentriert und durch den
Lichtwellenleiter des optischen Mikrokragarms auf die winzige Öffnung gestrahlt.
Dadurch wird das Nahfeldlicht in der Nähe der winzigen Öffnung des
optischen Mikrokragarms erzeugt. Andererseits wird die optische
Information der Probe 501, die durch das Prisma 502 reflektiert
wird, durch die Linse 505 konzentriert und in den optischen Detektor 506 eingeführt. Der
Rechner 507 empfängt das
Signal des optischen Detektors 506 und erfasst die optische
Information der Probe 501 aus dem Signal, um ein topologische
Bild, ein optisches Bild oder dergleichen zu erzeugen.
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Durch
Verwenden der Lichtwellenleitersonde in dem optischen Nahfeldabtastmikroskop
mit einer Struktur wie dieser erzielt das optische Nahfeldabtastmikroskop
die folgenden Wirkungen: Das heißt, da die Lichtwellenleitersonde
ein Nahfeldlicht mit hoher Intensität, eine hohe Resonanzfrequenz
und eine niedrige Federkonstante aufweist, kann die Abtastung mit
hoher Geschwindigkeit erfolgen. Demgemäß wird eine Zeit, die zur Beobachtung
notwendig ist, kurz. Außerdem
wird, da Handhabungsvorgänge einer
Sonde, welche einen Vorgang der Befestigung am Kragarmhalter umfassen,
einfach werden, die Betriebsfähigkeit
des Geräts
im Vergleich zu einer Lichtleitfasersonde mit einer langen Überlappungslänge verbessert.
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Wie
bereits erwähnt,
kann, da die Lichtwellenleitersonde, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wird, so ausgeführt
werden kann, dass sie eine geringe Größe, eine niedrige Federkonstante
und eine hohe Resonanzfrequenz aufweist, die Abtastung im Vergleich
zu einer herkömmlichen Lichtleitfasersonde
eines SNOMs mit hoher Geschwindigkeit ohne Beschädigung einer Probe oder der
Sonde erfolgen.
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Darüber hinaus
kann sich, da das fortgepflanzte Licht sowohl im Fall, dass Nahfeldlicht
von der winzigen Öffnung
emittiert wird, als auch im Fall, dass Licht durch die winzige Öffnung erfasst
wird, am gebogenen Abschnitt wirksam reflektiert werden kann, das
Licht wirksam durch den Lichtwellenleiter fortpflanzen.
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Außerdem kann
gemäß dem Verfahren
zur Herstellung der Lichtwellenleitersonde der vorliegenden Erfindung
die Lichtwellenleitersonde einfach und mit einer ausgezeichneten
Massenproduktivität,
Reproduzierbarkeit und Gleichförmigkeit
hergestellt und zu niedrigen Kosten bereitgestellt werden.
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Überdies
kann gemäß der Vergleichsausführungsform
3, da sich die orientierten flachen Richtungen des Trägersubstrats
und der aktiven Schicht um 45 Grad voneinander unterscheiden, die
V-Nut 42 zum Einführen
des Lichts in den Kern 4 einfach gebildet werden. Demgemäß kann Licht
zusätzlich
zu den in den Vergleichsausführungsformen
1 und 2 erläuterten
Wirkungen wirksam und leicht in den Kern eingeführt werden (Beleuchtungsmodus).
Zudem kann Licht, das durch die winzige Öffnung erfasst wird, durch
den Kern und die Lichtleitfaser, die in der V-Nut angebracht ist,
wirksam erfasst werden (Sammelmodus). Ferner könnender vorher erwähnte Beleuchtungsmodus
und der Sammelmodus gleichzeitig ausgeführt werden. Außerdem kann
zusätzlich
zu der Lichtleitfaser ein optisches Element, wie beispielsweise
eine Linse oder ein Filter, in der V-Nut positioniert und angebracht
werden, und es wird einfach, Licht wirksam auf dem Kern auftreffen
zu lassen und/oder Licht vom Kern wirksam zu erfassen oder die Wellenlänge und
die Phase von einfallendem Licht auf dem Kern und/oder von abgehendem
Licht vom Kern zu kontrollieren.
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Darüber hinaus
kann Licht durch Bereitstellen des Lichteinführungsabschnitts, da die Distanz zwischen
der Lichtleitfaser und dem Kern kurz gemacht werden kann, ohne durch
die geneigte Fläche der
V-Nut gestört
zu werden, wirksam in den Kern eingeführt werden, und die Intensität von Nahfeldlicht,
das von der winzigen Öffnung
ausgestrahlt wird, kann hoch gemacht werden.
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Außerdem kann
gemäß dem Verfahren
zur Herstellung des Lichtwellenleiterkragarms der Vergleichsausführungsform
3 der Lichtwellenleiterkragarm einfach hergestellt werden. Da dieses
Herstellungsverfahren ein Chargenprozess auf der Basis eines Halbleiterprozesses
ist, kann eine Mehrzahl von Lichtwellenleiterkragarmen aus einem
Ausgangssubstrat hergestellt werden. Demgemäß kann der Lichtwellenleiterkragarm
kostengünstig
hergestellt werden.
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Überdies
ist gemäß der Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung der Winkel von 45 Grad des gebogenen
Abschnitts des Lichtwellenleiterkragarms kleiner als der Winkel
von 45 Grad des gebogenen Abschnitts, der in der Vergleichsausführungsform
3 erläutert
wird. Demgemäß kann der
Lichtwellenleiterkragarm dieser Ausführungsform Licht wirksamer
in die winzige Öffnung
einführen
als der Lichtwellenleiterkragarm, der in der Vergleichsausführungsform
3 erläutert
wird, und der Wirkungsgrad der Erzeugung von Nahfeldlicht, das von
der winzigen Öffnung
ausgestrahlt wird, wird verbessert.
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Gemäß der Ausführungsform
5 der vorliegenden Erfindung ist, da der Winkel des gebogenen Abschnitts
ein Winkel ist, der durch die Ebenenorientierung des Siliciummonokristalls
definiert wird, die Winkelgenauigkeit hoch. Demgemäß wird ein
geometrisch-optisches Verfahren, ein Wellenleitersimulator oder
dergleichen verwendet, um solch eine Konstruktion anzufertigen,
dass sich Licht, das sich durch den Wellenleiter fortpflanzt, wirksam
zur winzigen Öffnung
fortpflanzt, und es ist einfach, den Wellenleiter, den gebogenen
Abschnitt, die winzige Öffnung und
dergleichen genau in Übereinstimmung
mit den Konstruktionswerten zu bilden. Da die Position der winzigen Öffnung näher an der
Spitze des Wellenleiters als die Position des gebogenen Abschnitts
ausgebildet ist, kann der gebogene Abschnitt des Winkels von 35
Grad, der kleiner als der Winkel von 45 Grad ist, Licht wirksam
in die winzige Öffnung
einführen.
Demgemäß kann der
Lichtwellenleiterkragarm, der gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird, Nahfeldlicht wirksamer erzeugen als
der Lichtwellenleiterkragarm, der gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
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Außerdem kann
gemäß der Ausführungsform
6 der vorliegenden Erfindung, da die Abgleitung zwischen der Mittelachse
des Kerns und der Mittelachse der V-Nut so gering ist, dass sie
vernachlässigt werden
kann, Licht wirksam in den Kern eingeführt werden, und/oder Licht
vom Kern kann wirksam erfasst werden. Demgemäß können der Wirkungsgrad der Erzeugung
von Nahfeldlicht, das vom Lichtwellenleiterkragarm ausgestrahlt
wird, und/oder der Wirkungsgrad der Erfassung von Nahfeldlicht,
das durch den Lichtwellenleiterkragarm erfasst wird, verbessert werden.
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Darüber hinaus
umfasst gemäß der Ausführungsform
7 der vorliegenden Erfindung der Lichtwellenleiterkragarm die Beugungsfläche zwischen
dem Lichtwellenleiter und dem Sondenabschnitt, welche nicht vertikal
zur optischen Achse des Lichtwellenleiters ist und aus einer einzigen
Fläche
besteht. Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem die aktive Schicht 63 der
(100)-Wafer ist und die geneigte Fläche die (111)-Ebene ist, da
die geneigte Fläche
schräg
zur optischen Achse ausgebildet ist, die winzige Öffnung auf
der optischen Achse von Licht angeordnet werden, das sich durch
den Lichtwellenleiter fortpflanzt. Demgemäß kann der Lichtwellenleiterkragarm
Nahfeldlicht mit hoher Intensität
von der winzigern Öffnung
ausstrahlen, und er kann Nahfeldlicht der Oberfläche der Probe durch die winzige Öffnung wirksam erfassen.