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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sonde zum Beobachten
und Messen optischer Eigenschaften einer Probe in einem winzigen
Bereich unter Verwendung von Nahfeldlicht, und insbesondere eine
Lichtwellenleiter-Sonde, die aus einem Lichtwellenleiter besteht,
und ein Herstellungsverfahren derselben.
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Gegenwärtig wird
in einem Nahfeld-Rastermikroskop (in der Folge mit SNOM abgekürzt) eine Sonde,
die eine zugespitzte Spitze aufweist und aus einem optischen Medium
gebildet ist, in Annäherung zu
einer Messprobe innerhalb einer Wellenlänge von Licht gebracht, so
dass die optischen Eigenschaften oder Form der Probe gemessen werden.
Als eine dieser Art von Vorrichtungen wird eine Vorrichtung vorgeschlagen,
in der eine Spitze einer optischen Fasersonde, die vertikal in Bezug
zu einer Probe gehalten wird, in Bezug auf die Oberfläche der
Probe horizontal vibriert wird, eine Änderung der Vibrationsamplitude,
die durch Scherkraft zwischen der Oberfläche der Probe und der Spitze
der Sonde erzeugt wird, durch eine Änderung des Schattens von Laserlicht
erfasst wird, das auf die Spitze der Sonde gestrahlt wird, und die
Probe durch einen Feinbewegungsmechanismus bewegt wird, um die Amplitude
konstant zu machen, so dass ein Intervall zwischen der Spitze der
Sonde und der Oberfläche
der Probe konstant gehalten wird, wodurch eine Oberflächenform
aus der Stärke eines
Signals erfasst wird, das in den Feinbewegungsmechanismus eingegeben
wird, und die Messung der optischen Transparenz der Probe ausgeführt wird.
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Außerdem wird
ein Nahfeld-Atomkraft-Rastermikroskop vorgeschlagen, in dem eine
optische Fasersonde, die wie ein Haken gebildet ist, als Ausleger
des Atomkraftmikroskops (in der Folge mit AFM abgekürzt) verwendet
wird, und gleichzeitig mit einem AFM-Betrieb Laserlicht auf eine
Probe von einer Spitze der optischen Fasersonde gestrahlt wird,
so dass ein Oberflächenform
erfasst wird und optische Eigenschaften der Probe gemessen werden
(Japanische Ungeprüfte
Patentschrift Nr. Hei. 7-174542). In dieser optischen Fasersonde
wird eine optische Faser als optisches Medium verwendet, und der
Umfang der optischen Faser ist mit einer metallischen Filmbeschichtung überzogen.
Ein Sondenabschnitt ist zugespitzt, und eine Apertur ist an der
Spitze des Sondenabschnitts bereitgestellt.
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Außerdem ist
auch eine Lichtwellenleiter-Sonde bekannt, in der ein Lichtwellenleiter
aus einem Laminat aus einem Kern und einem Überzug besteht und wie ein
Ausleger konstruiert ist, wobei ein zugespitzter Sondenabschnitt
an einem Ende gebildet ist, ein Stützabschnitt zum Befestigen
des Lichtwellenleiters an dem anderen Ende gebildet ist, und der
Lichtwellenleiter an der Seite des Sondenabschnitts eine gekrümmte Struktur
hat.
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Die
optische Fasersonde, die in dem SNOM verwendet wird, wird jedoch
unter Verwendung einer optischen Faser als Material in vielen handwerklichen
Schritten hergestellt, so dass Probleme entstehen, dass die Massenproduktivität gering
ist, und eine Form, wie ein Durchmesser der Spitze oder ein Winkel
der Spitze eines Sondenabschnitts oder ein Durchmesser einer Apertur
unregelmäßig ist.
Außerdem
ist zur Durchführung
einer Sondenabtastung bei hoher Geschwindigkeit ohne Beschädigung notwendig,
dass die Resonanzfrequenz der Sonde hoch ist und die Federkonstante
gering ist. Da jedoch die optische Faser als optisches Medium verwendet
wird, besteht ein Problem, dass es schwierig ist, die Sonde zu miniaturisieren
und die hohe Resonanzfrequenz und die geringe Federkonstante bereitzustellen.
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Ferner
besteht ein Problem, dass in der Sonde, in der die optische Faser
oder der Lichtwellenleiter gekrümmt
ist, der Verlust an Fortpflanzungslicht an dem gekrümmten Abschnitt
auftritt, und das Fortpflanzungslicht sich nicht effizient fortpflanzen
kann.
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WO
95/05000 offenbart eine auslegerförmige Mikropipette mit einem
gebogenen Endabschnitt. Die Außenfläche an der
Biegung ist zum Reflektieren von externem Laserlicht abgeflacht.
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EP 0964251 offenbart eine
auslegerförmige Lichtwellenleiter-Sonde
mit einem gekrümmten
Biegungsendabschnitt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts des Vorhergesagten gemacht,
und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lichtwellenleiter-Sonde
bereitzustellen, die in der Massenproduktion, Gleichförmigkeit
und Hochgeschwindigkeitsabtasteigenschaft ausgezeichnet ist, und
ein fortgepflanztes Licht effizient fortpflanzen kann, sowie ein
Herstellungsverfahren zur Herstellung der Lichtwellenleiter-Sonde
bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Lichtwellenleiter-Sonde nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Außerdem ist
die einzige Oberfläche
eine Oberfläche
orthogonal zu einer Ebene der optischen Achse, die eine optische
Achse von dem Lichtwellenleiter zu der winzigen Apertur enthält.
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Außerdem ist
die einzige Oberfläche
eine Oberfläche,
die zu einer Ebene der optischen Achse nicht orthogonal ist.
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Außerdem ist
ein Winkel der einzigen Oberfläche
in Bezug auf eine Ebene, die orthogonal zu der Ebene der optischen
Achse liegt und eine optische Achse des Wellenleiters enthält, 45 Grad
oder weniger.
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Außerdem enthält der gekrümmte Abschnitt einen
reflektierenden Film.
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Außerdem ist
eine Führung
zum Positionieren eines optischen Elements an einem Stützabschnitt
des Lichtwellenleiters bereitgestellt.
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Außerdem ist
die Führung
eine V-förmige
Rille.
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Da
gemäß der obengenannten
Lichtwellenleiter-Sonde das fortgepflanzte Licht effizient an dem gekrümmten Abschnitt
abgelenkt werden kann, kann die Effizienz des Lichts, das von der
winzigen Apertur ausgeht, oder die Effizienz der Erfassung von Licht an
der winzigen Apertur verbessert werden. Da ferner das fortgepflanzte
Licht, das sich durch den Lichtwellenleiter fortgepflanzt hat, auf
die winzige Apertur kondensiert werden kann, oder da, im Gegenteil,
das Licht von der winzigen Apertur kollimiert werden kann, kann
die Effizienz verbessert werden.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der Erfindung nur anhand eines weiteren Beispiels und unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen:
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1A bis 1D strukturelle
Ansichten sind, die eine Struktur einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel
1 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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2A bis 2F erklärende Ansichten sind,
die ein Herstellungsverfahren einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel
2 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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3 eine
erklärende
Ansicht eines Herstellungsschrittes der Lichtwellenleiter-Sonde
gemäß dem Beispiel
2 ist, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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4 eine
erklärende
Ansicht eines Herstellungsschrittes der Lichtwellenleiter-Sonde
gemäß dem Beispiel
2 ist, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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5 eine
Strukturansicht ist, die eine Struktur einer Lichtwellenleiter-Sonde
gemäß Beispiel
3 zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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6A bis 6J erklärende Ansichten sind,
die ein Herstellungsverfahren einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß dem Beispiel
3 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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7A und 7B erklärende Ansichten
eines Herstellungsschrittes einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung sind.
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8A bis 8C erklärende Ansichten
eines Herstellungsschrittes einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Ausführungsform
5 der vorliegenden Erfindung sind.
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9A bis 9F erklärende Ansichten
von Herstellungsschritten einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel
6 sind, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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10A und 10B erklärende Ansichten eines
Herstellungsschrittes einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Ausführungsform
7 der vorliegenden Erfindung sind; und
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11 eine
schematische Ansicht ist, die eine schematische Struktur eines Nahfeld-Rastermikroskops
unter Verwendung einer Lichtwellenleiter-Sonde der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In
der Folge werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende
Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen
beschränkt.
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(Beispiel 1)
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1A bis 1D sind
strukturelle Ansichten, die eine Struktur einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel
1 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. 1A ist
eine Draufsicht, 1b ist eine Schnittansicht entlang
einem Abschnitt AA', 1C ist
eine Schnittansicht entlang einem Abschnitt DD' und 1D ist
eine vergrößere schematische
Ansicht, die einen Zustand der Lichtfortpflanzung zeigt.
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Eine
Lichtwellenleiter-Sonde 50 ist aus einem Lichtwellenleiter 2 und
einem Stützabschnitt 1 zu
dessen Stützung
gebildet. Der Lichtwellenleiter 2 ist auf den Stützabschnitt 1 laminiert
und integral gebildet. Der Lichtwellenleiter 2 enthält einen
auslegerartigen elastischen Funktionsabschnitt 3 und einen Sondenabschnitt 9 an
seiner Spitze. Ein gekrümmter Abschnitt 10,
der zu einer Seite des Sondenabschnitts 9 gekrümmt ist,
ist in der Nähe
der Spitze gebildet. Der Sondenabschnitt 9 ist zugespitzt
und enthält
eine winzige Apertur 5 an seiner Spitze. Der Lichtwellenleiter 2 ist
aus einem Kern 4 zum Fortpflanzen von Licht an dem im Wesentlichen
zentralen Abschnitt und einem Überzug 6 an
seinem äußeren Umfangsabschnitt
gebildet. Obwohl nicht dargestellt, sind der elastische Funktionsabschnitt 3 und
der Sondenabschnitt 9 mit lichtabschirmenden Filmen bedeckt,
und ein Abschnitt der Spitze des Sondenabschnitts 9, der
nicht mit dem lichtabschirmenden Film bedeckt ist, wird zu der winzigen
Apertur 5.
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Der
Brechungsindex des Überzugs 6 ist
relativ klein im Vergleich zu dem Brechungsindex des Kerns 4.
Die Länge
des elastischen Funktionsabschnitts 3 ist zum Beispiel
50 μm bis
1000 μm.
Die Länge
des Sondenabschnitts 9 ist zum Beispiel 1 μm bis 30 μm. Die Querschnittsform
vertikal zu der optischen Achse des Kerns 4 ist viereckig,
und die Länge einer
Seite ist 1 μm
bis 100 μm.
Die Querschnittsform des Lichtwellenleiters 2 vertikal
zu der optischen Achse ist im Wesentlichen viereckig, und die Länge einer Seite
ist 5 μm
bis 500 μm.
Die Dicke des Stützabschnitts 1 ist
zum Beispiel 200 μm
bis 600 μm.
Die Länge
und Breite des Stützabschnitts 1 ist
zum Beispiel 1 mm bis 50 mm. Als Materialien für den Kern 4 und den Überzug 6 können verschiedene
dielektrische Materialien, zum Beispiel Siliziumdioxid, Glasmaterial,
wie Siliziumdioxid, dotiert mit Fluor oder Bor, organisches Material,
wie Polyurethan oder Epoxy, Metalloxid, wie Nioboxid oder Zinkoxid,
und dergleichen verwendet werden. Für den lichtabschirmenden Film
kann ein Material, das Licht reflektiert, wie zum Beispiel Gold,
Platin, Aluminium, Chrom oder Nickel, verwendet werden. Die Dicke
des lichtabschirmenden Films ist zum Beispiel 100 nm bis 1 μm. Der Durchmesser
der winzigen Apertur 5 ist zum Beispiel 10 nm bis 500 nm.
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In
dem Lichtwellenleiter 2 ist der Sondenabschnitt 9 an
der Spitze des elastischen Funktionsabschnitts 3 gebildet
und der halbe Abschnitt des elastischen Funktionsabschnitts 3 ist
zu der Seite des Sondenabschnitts 2 gekrümmt. In
diesem Beispiel, wie in 1D dargestellt
ist, ist der Lichtwellenleiter 2 durch den gekrümmten Abschnitt 10 gekrümmt, wo zwei
flache Oberflächen 12 und 13 einander
schneiden, und der Kern 4 ist entlang der Schnittlinie
der zwei flachen Oberflächen 12 und 13 gebildet.
Wie in 1C dargestellt ist, sind die
zwei flachen Oberflächen 12 und 13 etwa
55 Grad in Bezug zu der Oberfläche
des Substrats 1 geneigt, das den Lichtwellenleiter 2 bildet,
sind in Bezug auf die Ebene (Schnitt AA'), die die optische Achse des Lichtwellenleiters 2 und
die winzige Apertur 5 enthält, symmetrisch, und schneiden
einander mit 90 Grad.
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Sobald
einfallendes Licht 8 von einem Einfallsende 11 auf
den Lichtwellenleiter 2 trifft, pflanzt es sich durch den
Kern 4 fort. Ein fortgepflanztes Licht 7 wird
an dem gekrümmten
Abschnitt 10 reflektiert und in die winzige Apertur 5 geleitet.
Es ist wünschenswert,
dass eine Differenz im Brechungsindex zwischen dem Kern 4 und
dem Überzug 6 ausreichend
groß ist,
und das fortgepflanzte Licht 7 durch eine Grenzfläche dazwischen
total reflektiert wird. Wenn keine Totalreflexion eintritt, kann
ein reflektierender Film auf der Oberfläche des Überzugs 6 gebildet
werden. In einer solchen Struktur ist ein Ablenkungswinkel, mit
dem das fortgepflanzte Licht 7 abgelenkt wird, klein (zum
Beispiel 90 Grad oder weniger), und ein Einfallswinkel des fortgepflanzten
Lichts 7 zu den zwei flachen Oberflächen 12 und 13,
die den gekrümmten
Abschnitt 10 bilden, kann klein gestaltet werden, so dass
die Totalreflexion eher an der Grenzfläche zwischen dem Kern 4 und
dem Überzug 6 auftritt,
und ein Verlust an dem gekrümmten
Abschnitt 10 verringert werden kann. Außerdem wird das fortgepflanzte
Licht nicht direkt in die Richtung der optischen Achse reflektiert,
sondern kann so reflektiert werden, dass es an der Seite der winzigen
Apertur 5 kondensiert wird, und das fortgepflanzte Licht 7 in dem
Kern 4 kann zu der Nähe
der winzigen Apertur 5 kondensiert werden. Da in dem gekrümmten Abschnitt 10 das
fortgepflanzte Licht 7 in dem Kern 4 effizient
kondensiert und zu der winzigen Apertur 5 reflektiert wird,
kann Nahfeldlicht mit hoher Stärke
von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt werden.
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Auch
wenn an der winzigen Apertur 5 eine Detektion vorgenommen
wird und Licht sich durch den Lichtwellenleiter 2 in eine
entgegengesetzte Richtung fortpflanzt, kann das Licht ebenso effizient reflektiert
werden. Obwohl hier ein Fall als Beispiel beschrieben wird, dass
der gekrümmte
Abschnitt 10 durch zwei flache Oberflächen 12 und 13 gebildet wird,
können
die entsprechenden Oberflächen
gekrümmte
Oberflächen
sein, oder der gekrümmte
Abschnitt kann nicht aus zwei Oberflächen, sondern aus vier oder
mehr Oberflächen
gebildet sein.
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Wenn
ein optischer Detektor in der Richtung des Spitzenendes des Lichtwellenleiters 2 angeordnet
ist, und die opti schen Eigenschaften einer Probe in einem Reflexionsmodus
betrachtet werden, gibt es keinen großen Abschnitt, wo ein reflektiertes
Licht an der Probe durch den Lichtwellenleiter 2 blockiert
wird, da die winzige Apertur 5 an der Spitze des auslegerförmigen Lichtwellenleiters 2 gebildet
ist, und das reflektierte Licht an der Probe kann effizient erfasst werden.
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Wie
zuvor beschrieben, wird gemäß der obengenannten
Lichtwellenleiter-Sonde 50 das einfallende Licht 8 von
dem Einfallsende 11 des Lichtwellenleiters 2 eingeleitet
und das Licht kann auf die Messprobe von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt werden.
Als Alternative wird Licht, das örtlich
nahe der Oberfläche
der Probe vorhanden ist, durch die winzige Apertur 5 erfasst
und kann von einem Detektor erfasst werden, der hinter dem Einfallsende
(in diesem Fall wird es zum Ausgangende) 11 des Lichtwellenleiters 2 angeordnet
ist. Die Lichtausstrahlung und die Lichterfassung durch die winzige
Apertur kann effizient ausgeführt
werden.
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Die
elastische Funktion 3 kann klein gestaltet werden, und
ihre Federkonstante und Resonanzfrequenz kann durch die Länge und
Breite des elastischen Funktionsabschnitts 3 eingestellt
werden. Da der elastische Funktionsabschnitt 3 mit einer
kleinen Federkonstante und einer hohen Resonanzfrequenz gestaltet
werden kann, kann eine Abtastung bei hoher Geschwindigkeit erfolgen,
ohne die Probe und die Sonde zu beschädigen.
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(Beispiel 2)
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2A bis 2F sind
erklärende
Ansichten, die ein Herstellungsverfahren der Lichtwellenleiter-Sonde
des Beispiels 1 zeigen. 3 und 4 sind Draufsichten
von 2B beziehungsweise 2E. 2A zeigt
einen Zustand, in dem ein Siliziumdioxid 32, das eine Maske
wird, auf einem Substrat 31 strukturiert wird. Obwohl das
Substrat 31 aus Silizium besteht, kann, wenn eine Form
gebildet werden kann, ein Quarzsubstrat oder dergleichen verwendet
werden. 2B zeigt einen Schritt zur Bildung
einer Form, die zu einem gekrümmten
Abschnitt eines Lichtwellenleiters wird, wobei das strukturierte
Siliziumdioxid 32 als Maske verwendet wird anisotropes Ätzen unter
Verwendung von Kaliumhydrat (KOH) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH)
durchgeführt
wird. Die Draufsicht auf diese Form ist 3. Wie durch
eine Schnittansicht BB' (die
auch für
eine Schnittansicht CC' gilt)
dargestellt ist, werden zwei geneigte Oberflächen 36 und 37 gebildet,
die jeweils einen Winkel (etwa 55 Grad) in Bezug auf eine untere
Oberfläche 37 des
Substrats 31 haben. Die zwei Oberflächen schneiden einander mit 90
Grad.
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2C zeigt
einen Schritt zur Abscheidung eines Lichtwellenleiters 33 auf
der gekrümmten Form.
Ein Überzugsmaterial
wird auf der gekrümmten
Form abgeschieden, ein gemustertes Kernmaterial wird darauf abgeschieden,
und ein Überzugsmaterial
wird des Weiteren darauf abgeschieden. Als Abscheidungsverfahren
für das
Kernmaterial und das Überzugsmaterial
werden Verfahren verwendet, die für die Materialien geeignet
sind. Zum Beispiel wird im Fall von Siliziumoxid ein synthetisches Dampfphasenabscheidungsverfahren
(in der Folge mit CVD abgekürzt),
Sputtern, Vakuumaufdampfen oder dergleichen verwendet. Der Brechungsindex des Überzugsmaterials
ist relativ kleiner als der Brechungsindex des Kernmaterials.
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2d zeigt
einen Schritt zum Bilden einer Maske 34 auf dem Lichtwellenleiter 33 zum
Strukturieren desselben zu einer auslegerförmigen Form mit einem Sondenabschnitt. 2E zeigt
einen Schritt zum Strukturieren des Lichtwellenleiters 33 unter Verwendung
der Maske 34. Der Lichtwellenleiter 33 kann durch
Trockenätzen
oder Nassätzen
strukturiert werden. 4 ist eine Draufsicht, die diesen
Zustand zeigt. Ein Lichtwellenleiter 35, der den Sondenabschnitt
enthält,
wird entlang der unteren Oberfläche 37 und den
geneigten Oberflächen 36 gebildet.
Der Sondenabschnitt ist in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung
in Bezug auf das Substrat 31 zugespitzt.
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2F zeigt
einen Schritt zum Trennen eines Teils des Lichtwellenleiters 35 von
dem Substrat 31. Das Substrat 31 wird durch Ätzen entfernt,
während
das Substrat, das den Lichtwellenleiter 35 stützt, verbleibt,
so dass die auslegerförmige
Lichtwellenleiter-Sonde 50 gebildet wird.
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Ferner,
obwohl nicht dargestellt, wird ein Film aus einem Metall (Al, Cr
oder dergleichen) um den auslegerförmigen Lichtwellenleiter 35 gebildet
und eine winzige Apertur wird an der Spitze des Sondenabschnitts
gebildet.
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Gemäß den zuvor
beschriebenen Schritten kann die Lichtwellenleiter-Sonde 50 von
Beispiel 1 leicht und mit ausgezeichneter Massenproduktivität und Gleichförmigkeit
gebildet werden.
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(Beispiel 3)
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Eine
Lichtwellenleiter-Sonde 51 gemäß Beispiel 3, das nicht Teil
der vorliegenden Erfindung ist, wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Übrigens
sind Teile ähnlich
jenen der Lichtwellenleiter-Sonde 50, die in dem Beispiel
1 beschrieben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung
wird unterlassen.
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Diese
Lichtwellenleiter-Sonde enthält
zusätzlich
zu den Elementen, die die Lichtwellenleiter-Sonde 50 bilden,
einen Stützabschnitt 1,
der mit einer V-förmigen
Rille 42 bereitgestellt ist, eine Stützschicht 41, die
zwischen dem Stützabschnitt 1 und
einem Überzug 6 bereitgestellt
ist, und einen Lichteinleitungsabschnitt 43, der aus dem Überzug 6 und
einem Kern 4 gebildet ist und über die V-förmige Rille 42 ragt. Übrigens
kann eine Struktur verwendet werden, in der der Lichteinleitungsabschnitt 43 nicht
bereitgestellt ist. Außerdem
kann die Stützschicht 41 nicht
bereitgestellt sein.
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Durch
Befestigen einer optischen Faser an der V-förmigen Rille 42 wird
es leicht, effizient Licht von der optischen Faser in den Kern 4 zu
leiten. Außerdem
kann zusätzlich
zu der optischen Faser ein optisches Element, wie ein Halbleiterlaser,
eine Leuchtdiode oder eine Linse, an der V-förmigen Rille 42 befestigt
sein.
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6A bis 6J sind
Ansichten zur Erklärung
eines Herstellungsverfahrens der Lichtwellenleiter-Sonde 51.
In der Folge wird die Oberseite der Zeichnung zur Vorderfläche und
die Unterseite wird zur Rückfläche. Wie
in 6A dargestellt ist, wird ein Ausgangssubstrat
(Silizium- oder Isoliersubstrat, in der Folge als SOI-Substrat bezeichnet)
verwendet, das ein Substrat 61, das aus Silizium besteht,
einen Oxidfilm 62 auf dem Substrat 61 und eine
aktive Schicht 63, die aus Silizium besteht und auf dem Oxidfilm
gebildet ist, enthält.
Die aktive Schicht 63 und das Substrat 61 werden
aus einem Siliziumeinzelkristall einer (100) Ebene gebildet.
Obwohl eine flache Orientierungsrichtung eines (100) Wafers
eine <110> Richtung ist, weicht
in dem Ausgangssubstrat die flache Orientierungsrichtung der aktiven
Schicht 62 von jener des Substrats 61 um 45 Grad
ab. Das heißt,
in 6A ist die Kristallorientierung des Substrats 61,
die durch den Pfeil A angegeben ist, die <110> Richtung, die Kristallorientierung der
aktiven Schicht, die durch den Pfeil B in der Zeichnung angegeben
ist, ist eine <100> Richtung, und die
Richtungen stimmen jeweils mit den Richtungen der optischen Achsen
der optischen Faser und des Lichtwellenleiters 2, der in
der V-förmigen Rille
befestigt ist, überein.
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Eine
Maske 64 zur Bildung eines Stufenabschnitts ist auf der
aktiven Schicht 63 gebildet. Außerdem ist eine Maske 65 zur
Ablösung
an der Rückflächenseite
des Substrats 61 gebildet. Als Materialien der Maske zur
Bildung eines Stufenabschnitts und der Maske 65 zur Ablösung wird
ein Material mit Beständigkeit
gegen anisotropes Ätzen,
unter Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen, zum Beispiel Siliziumdioxid
oder Siliziumnitrid, verwendet.
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Anschließend, wie
in 6B dargestellt ist, wird die aktive Schicht 63 von
der Vorderseite durch anisotropes Ätzen unter Verwendung von KOH, TMAH
oder dergleichen, geätzt,
um einen Stufenabschnitt zu bilden. Eine Draufsicht ist zu diesem
Zeitpunkt gleich wie der Zustand, der unter Bezugnahme auf 3 in
Beispiel 2 erklärt
wurde.
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Anschließend, nach
Entfernung der Maske 64 zur Bildung des Stufenabschnitts,
wie in 6C dargestellt ist, wird ein
Lichtwellenleiter 33 gebildet. Ein Bildungsverfahren, eine
Größe und ein
Material des Lichtwellenleiters sind dieselben wie jene, die in Beispiel
1 und Beispiel 2 erklärt
wurden.
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6D zeigt
einen Schritt zum Bilden einer Maske 34 auf dem abgeschiedenen
Lichtwellenleiter 33 zum Strukturieren desselben zu einer
Auslegerform mit einem Sondenabschnitt. 6E zeigt
einen Schritt zum Strukturieren des Lichtwellenleiters 33 unter
Verwendung der Maske 34. Der Lichtwellenleiter 33 kann
durch Trockenätzen
oder Nassätzen strukturiert
werden. Die Draufsicht in diesem Zustand ist ähnlich dem Zustand von 4,
der in Beispiel 2 erklärt
wurde.
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Anschließend, wie
in 6F dargestellt ist, wird der Oxidfilm 62 strukturiert,
so dass eine Maske für
eine V-förmige Rille
gebildet wird. Eine Draufsicht auf einen Abschnitt, der von einer
Strichlinie in 6F umgeben ist, ist in 6G dargestellt.
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Anschließend, wie
in 6H dargestellt ist, wird die V-förmige
Rille 42 durch anisotropes Ätzen unter Verwendung von KOH,
TMAH oder dergleichen von der Seite der Vorderfläche gebildet, und die aktive
Schicht 63 wird entfernt. Außerdem kann der Lichteinleitungsabschnitt 43 durch
das Muster des Oxidfilms 62 gebildet werden, wie in 6G erklärt ist.
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Anschließend, wie
in 6I dargestellt ist, wird das Trägersubstrat 61 von
der Seite der Rückfläche durch
ein Verfahren, wie anisotropes Ätzen
unter Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen, oder reaktives
Ionenätzen
(RIE) geätzt,
und ein Ausleger wird freigegeben. Zu diesem Zeitpunkt, da der Oxidfilm 62 verbleibt,
wird der unnötige
Oxidfilm 62, wie in 6J dargestellt
ist, durch Trockenätzen
mittels RIE von der Seite der Rückfläche entfernt.
Zu diesem Zeitpunkt verbleibt die Maske 65 zur Ablösung oder nicht,
entsprechend einem Dickenverhältnis
zwischen dem Oxidfilm 62 und der Maske 65 zur
Ablösung.
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Danach
wird ein lichtabschirmender Film auf dem Lichtwellenleiter 33 durch
Sputtern oder Vakuumaufdampfen gebildet und die winzige Apertur 5 wird
an der Spitze des Lichtwellenleiters 33 gebildet.
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Wie
zuvor beschrieben, kann gemäß dem Lichtwellenleiterausleger 51 und
seinem Herstellungsverfahren des dritten Beispiels der vorliegenden Erfindung
zusätzlich
zu dem Lichtwellenleiterausleger 50, der in den Beispielen 1 und 2 erklärt ist,
die V-förmige
Rille 42 zum Einleiten von Licht in den Kern 4 leicht
gebildet werden, da die flache Orientierungsrichtung des Trägersubstrats 61 und
jene der aktiven Schicht 63 sich um 45 Grad voneinander
unterscheiden. Daher kann zusätzlich
zu den Wirkungen, die in Beispiel 1 und 2 erklärt wurden, das Licht effizient und
leicht in den Kern 4 geleitet werden (Beleuchtungsmodus).
Außerdem
kann das Licht, das an der winzigen Apertur 5 erfasst wird, effizient
durch den Kern 4 und die optische Faser erfasst werden,
die an der V-förmigen
Rille 42 befestigt ist (Sammelmodus). Ferner können der
vorangehende Beleuchtungsmodus und der Sammelmodus gleichzeitig
ausgeführt werden.
Außerdem
ist es möglich,
zusätzlich
zu der optischen Faser ein optisches Element, wie eine Linse oder
ein Filter, in der V-förmigen
Rille 42 zu positionieren und zu befestigen, und es wird
leicht, Licht auf den Kern 4 fallen zu lassen und/oder
Licht von dem Kern 4 zu erfassen, und die Wellenlänge und Phase
von Licht, das auf den Kern 4 fällt, und/oder Licht, das von
dem Kern 4 ausgeht, zu steuern.
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Da
außerdem
durch die Bereitstellung des Lichteinleitungsabschnitts 43 der
Abstand zwischen der optischen Faser und dem Kern 4 verringert
werden kann, ohne durch die geneigten Oberfläche der V-förmigen Rille 42 gestört zu werden,
kann Licht effizient in den Kern 4 eingeleitet werden und
die Stärke
des Nahfeldlichts, das von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt
wird, kann hoch werden.
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Außerdem kann
gemäß dem Herstellungsverfahren
des Lichtwellenleiterauslegers 51 des dritten Beispiels
der Lichtwellenleiterausleger 51 leicht hergestellt werden.
Da dieses Herstellungsverfahren ein chargenweises Verfahren auf
der Basis eines Halbleiterprozesses ist, können mehrere Lichtwellenleiterausleger
aus einem Ausgangssubstrat erzeugt werden. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 kostengünstig hergestellt
werden.
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(Ausführungsform 4)
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Ein
Herstellungsverfahren eines Lichtwellenleiterauslegers 51 gemäß Ausführungsform
4, die Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird unter Bezugnahme
auf 7A und 7B beschrieben. 7A zeigt
einen Zustand nach dem Schritt, der in 6B in
Beispiel 3 erklärt
wurde, und 7B ist eine Schnittansicht,
an einer Position, die durch A-A' in 7A angegeben
ist. Eine Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts und
eine Maske 65 zum Ablösen
fehlen der Einfachheit wegen.
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In 7A ist
ein Ausgangssubstrat jenem ähnlich,
das in Beispiel 3 verwendet wird. Eine vorbestimmte Maske 64 zum
Bilden eines Stufenabschnitts wird auf dem Ausgangssubstrat gebildet
und ein Stufenabschnitt wird unter Verwendung einer Ätzlösung (KOH
+ IPA Lösung)
einer Mischung aus KOH und mehreren bis mehreren Zehntel % Isopropylalkohol,
einer Ätzlösung (Lösung aus
TMAH + oberflächenaktiver
Substanz) aus einer Mischung von TMAH und mehreren bis mehreren
Zehntel % oberflächenaktiver
Substanz, einer Ethylendiaminpyrokatechollösung oder dergleichen gebildet.
In der KOH + IPA Lösung
oder der Lösung
aus TMAH + oberflächenaktiver
Substanz sind eine Ätzrate
einer (111) Ebene und eine Ätzrate einer (110)
Ebene im Vergleich zu einem Ätzen
mit der Einzelsubstanz von KOH oder TMAH umgekehrt. Daher wird ein
Winkel der geneigten Oberfläche 71 in 7A etwa
45 Grad.
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Durch
den derart gebildeten Stufenabschnitt und den Prozess, der in Beispiel
3 erklärt
wurde, wird in dem Lichtwellenleiterausleger 51 eine einzige Oberfläche mit
einem Winkel von 45 Grad zwischen dem Wellenleiter 33 und
dem Sondenabschnitt 9 gebildet. Diese einzige Oberfläche dient
als Spiegel. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 effizient Licht
in die winzige Apertur 5 leiten und kann die Erzeugungseffizienz
von Nahfeldlicht, das von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt
wird, verbessern.
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Außerdem kann
unter Verwendung eines derartigen Ausgangssubstrats, dass die Orientierungen
der Ebenen sowohl eines Substrats 61 als auch einer aktiven
Schicht 63 (100) Ebenen sind und die Kristallrichtungen
auch dieselben sind, der Lichtwellenleiterausleger 51 erhalten
werden, in dem ein gekrümmter
Abschnitt 10 aus zwei Oberflächen besteht, wie bei dem Lichtwellenleiterausleger 51,
der in Beispiel 3 erklärt
wurde.
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Der
Winkel von 45 Grad des gekrümmten Abschnitts
des Lichtwellenleiterauslegers 51 in dieser Ausführungsform
ist kleiner als der Winkel von 55 Grad des gekrümmten Abschnitts 10,
der in Beispiel 3 erklärt
ist. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 dieser
Ausführungsform
Licht effizienter zu der winzigen Apertur 5 leiten als
der Lichtwellenleiterausleger 51, der in Beispiel 3 erklärt wurde,
und die Erzeugungseffizienz des Nahfeldlichts, das von der winzigen
Apertur 5 ausgestrahlt wird, ist verbessert.
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(Ausführungsform 5)
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Ein
Herstellungsverfahren für
einen Lichtwellenleiterausleger 51 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8A bis 8C beschrieben. 8A ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand nach dem Schritt
zeigt, der in 6B in Beispiel 3 erklärt wurde, 8B ist
eine Draufsicht und 8C ist eine Schnittansicht an
einer Position, die durch A-A' in 8B dargestellt
ist. Übrigens
fehlen eine Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts
und eine Maske 65 zum Ablösen der Einfachheit wegen.
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In
dieser Ausführungsform
wird ein Siliziumeinzelkristall mit einer (110) Ebene für die aktive Schicht 63 verwendet.
Ein Substrat 61 ist ein Siliziumeinzelkristall einer (100)
Ebene, und eine Kristallrichtung, die durch Pfeil A in 8A angezeigt
ist, ist eine <110> Richtung. Eine vorbestimmte
Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts wird gebildet
und die aktive Schicht 63 wird durch anisotropes Ätzen unter
Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen geätzt, so dass ein Stufenabschnitt,
wie in 8A dargestellt ist, gebildet
werden kann. Wie in 8B dargestellt ist, hat eine
geneigte Oberfläche 81 zu diesem Zeitpunkt
einen Winkel von etwa 35 Grad in Bezug auf einen Oxidfilm, und ein
Wellenleiter 33 wird an diesem Stufenabschnitt gebildet.
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Durch
den Stufenabschnitt, der in 8A und 8B dargestellt
ist, und das Verfahren, das in Beispiel 3 erklärt ist, wird in diesem Lichtwellenleiterausleger 51 eine
einzige Oberfläche
mit dem Winkel von 35 Grad zwischen dem Wellenleiter 33 und
einem Sondenabschnitt 9 gebildet. Diese einzige Oberfläche dient
als Spiegel. Da der Winkel durch die Orientierung der Ebene des
Siliziumeinzelkristalls definiert ist, ist die Genauigkeit des Winkels
hoch. Daher wird ein geometrisches optisches Verfahren, ein Wellenleitersimulator
oder dergleichen verwendet, um eine solche Konstruktion zu bilden,
dass Licht, das sich durch den Wellenleiter 33 fortpflanzt, effizient
zu der winzigen Apertur 5 gleitet wird, und es ist leicht,
den Wellenleiter 33, den Spiegel, die winzige Apertur 5 und
dergleichen exakt in Übereinstimmung
mit Konstruktionswerten zu bilden. Da die Position der winzigen
Apertur 5 im Vergleich zu der Position des Spiegels näher zu der
Spitzenseite des Wellenleiters gebildet ist, kann der Spiegel mit
dem Winkel von 35 Grad, der kleiner als der Winkel von 45 Grad ist,
effizienter Licht in die winzige Apertur 5 leiten. Daher
kann der Lichtwellenleiterausleger 51 der Ausführungsform
5 der vorliegenden Erfindung effizient Nahfeldlicht erzeugen.
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Obwohl
in Beispiel 3 bis Ausführungsform
5 der Siliziumeinzelkristall mit der (110) Ebene oder (100)
Ebene für
die aktive Schicht 63 verwendet wird, können Spiegel mit verschiedenen
Winkeln durch Siliziumeinzelkristallsubstrate mit anderen als diesen Kristallebenen
gebildet werden, oder aus einer Kombination von Substraten, die
nicht Silizium sind, und dem Substrat 61.
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(Beispiel 6)
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Ein
Herstellungsverfahren eines Lichtwellenleiterauslegers 51 gemäß Beispiel
6, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird unter Bezugnahme
auf 9A bis 9F beschrieben.
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9A ist
eine Draufsicht nach dem Schritt, der in 6 in
Beispiel 3 erklärt
ist, und ein Teil einer geneigten Oberfläche ist der Einfachheit wegen
nicht dargestellt. Zur Bildung eines Wellenleiters 33 wird ein
Kern 91 gebildet, und gleichzeitig wird ein Paar von V-Rillen-Breitendefinitionsmustern 92 gebildet. Dasselbe
Material, zum Beispiel Siliziumdioxid, wird für den Kern 91 und
die V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 verwendet.
Ein Intervall W1 der V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 ist
dasselbe wie oder schmäler
als die Breite einer V-förmigen
Rille 42.
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Anschließend, wie
in 9B oder 9C dargestellt
ist, wird ein Schutzfilm 93 abgeschieden und eine Strukturierung
ausgeführt.
Der Schutzfilm 93 besteht aus einem Material, das in KOH
oder TMAH löslich
ist, zum Beispiel aus einem Metall, wie Aluminium, Chrom oder dergleichen.
Der Schutzfilm 93 wird so gebildet, dass er eine Innenkantenlinie
jeder der V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 bedeckt. Außerdem,
wie in 9C dargestellt ist, kann er
so gebildet werden, dass er einen Teil des Kerns 91 bedeckt.
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Anschließend wird
ein oberer Überzug 94 abgeschieden
und eine Strukturierung ausgeführt, wie
in 9D oder 9E dargestellt
ist. 9D zeigt einen Zustand nach dem Schritt, der in 9B erklärt ist,
und 9E zeigt einen Zustand nach dem Schritt, der in 9C erklärt ist.
Der obere Überzug 94 besteht
aus einem Material, das in KOH oder TMAH unlöslich ist, zum Beispiel Siliziumdioxid.
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Nach
dem obengenannten Schritt wird ein anisotropes Kristallätzen unter
Verwendung von KOH oder TMAH ausgeführt, so dass eine V-förmige Rille 42,
wie in 9F dargestellt ist, gebildet
werden kann. Die Breite der V-förmigen
Rille 42 wird durch die V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 bestimmt. Ein
Verrutschen der Position zwischen der Mittelachse der V-förmigen Rille
und der Mittelachse des Kerns 91 wird durch den Schritt
von 9A bestimmt und ist mit dem Ausmaß einer
Größengenauigkeit
einer Maske vergleichbar, die in einem fotolithografischen Prozess
verwendet wird, das vernachlässigbar ist.
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In
den Verfahren, die in den Beispiel/Ausführungsform 3 bis 5 erklärt wurden,
wird die Positionsgenauigkeit der optischen Achse des Wellenleiters 33 und
der V-förmigen
Rille 42 durch die Ausrichtungsgenauigkeit bestimmt, wenn
die V-förmige Rille 42 strukturiert
wird, und beträgt
etwa ± 1
bis 3 μm. Wenn
jedoch die Breite des Kerns 4 des Wellenleiters 33 mehrere μm beträgt, wird
die Effizienz von Licht, das in den Wellenleiter 33 geleitet
wird, durch die Ausrichtungsgenauigkeit der Strukturierung gesenkt. Da
gemäß dem Verfahren
dieser Ausführungsform jedoch
ein Verrutschen zwischen der Mittelachse des Kerns 91 und
der Mittelachse der V-förmigen
Rille 42 so gering ist, dass es vernachlässigt werden
kann, kann Licht effizient in den Kern 91 eingeleitet werden, oder
Licht von dem Kern kann effizient erfasst werden. Daher kann die
Erzeugungseffizienz von Nahfeldlicht, das von dem Lichtwellenleiterausleger 51 ausgestrahlt
wird, und/oder die Erfassungseffizienz des Nahfeldlichts, das von
dem Lichtwellenleiterausleger 71 erfasst wird, verbessert
werden.
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(Ausführungsform 7)
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Ein
Lichtwellenleiterausleger 51 der Ausführungsform 7 der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezugnahme auf 10A und 10B beschrieben.
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10A ist eine Ansicht, die einen Zustand nach dem
Schritt zeigt, der in 6B in Beispiel 3 erklärt wurde, und 10B ist eine Schnittansicht an einer Position,
die durch A-A' in 10A angegeben ist. Eine Maske 64 zum
Bilden eines Stufenabschnitts und eine Maske 65 zum Ablösen fehlen übrigens
der Einfachheit wegen.
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In 10A wird ein Ausgangssubstrat ähnlich jenem, das in 3 bis 6 dargestellt ist, verwendet. Nachdem ein
Stufenabschnitt gebildet wurde, wie in 10A dargestellt
ist, wird ein Lichtwellenleiter 33 gebildet. Die Form des
Lichtwellenleiters 33 wird annähernd dieselbe wie jene, die
durch Schneiden der Form des Lichtwellenleiters 2, der
in 1D dargestellt ist, in Beispiel 1 mit einer Oberfläche erhalten
wird, die die optische Achse in 1D enthält, und
vertikal zu der Papierebene von 1D liegt.
Ein Winkel einer geneigten Oberfläche ist durch die Orientierung
einer Ebene und Kristallrichtung einer aktiven Schicht 63 definiert,
und eine geneigte Oberfläche 36,
die jener entspricht, wird in dem Lichtwellenleiter 33 gebildet.
Außerdem
ist die Position, wo eine winzige Apertur 5 gebildet wird,
die Spitze des Lichtwellenleiters 33, wie in 10A und 10B dargestellt
ist.
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Durch
den Stufenabschnitt und den Lichtwellenleiter 33, die auf
diese Weise gebildet werden, und das Verfahren, das in Beispiel
3 erklärt
ist, enthält
der Lichtwellenleiterausleger 51 eine Ablenkungsoberfläche zwischen
dem Lichtwellenleiter 33 und einem Sondenabschnitt, die
nicht vertikal zu der optischen Achse des Lichtwellenleiters 33 ist
und aus einer einzigen Oberfläche
besteht. Wenn zum Beispiel die aktive Schicht 63 ein (100)
Wafer ist und die geneigte Oberfläche eine (111) Ebene
ist, kann eine winzige Apertur 5 an der optischen Achse
des Lichts angeordnet werden, das sich durch den Lichtwellenleiter 3 fortpflanzt,
da die geneigte Oberfläche 36 schrägt zu der
optischen Achse gebildet ist. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 Nahfeldlicht
mit hoher Stärke
von der winzigen Apertur ausstrahlen, und kann effizient Nahfeldlicht
der Oberfläche
einer Probe durch die winzige Apertur erfassen.
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(Ausführungsform 8)
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11 zeigt
eine Struktur eines optischen Nahfeld-Rastermikroskops unter Verwendung
einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß der vorangehenden Ausführungsform
als optischen Mikroausleger.
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Wie
in der Zeichnung dargestellt ist, enthält dieses optische Nahfeld-Rastermikroskop 1000 einen
optischen Mikroausleger 410, eine Lichtquelle 509,
eine Linse 510 zum Kondensieren eines fortgepflanzten Lichts
von der Lichtquelle und zum Beleuchten eines Lichtwellenleiters
des optischen Mikroauslegers, ein Prisma 502, das unter
einer Probe 501 angeordnet ist und ein fortgepflanztes
Licht reflektiert, das durch Streuen von Nahfeldlicht erhalten wird,
das an einer Spitze des optischen Mikroauslegers erzeugt wird, eine
Linse 505 zum Kondensieren des fortgepflanzten Lichts von
dem Prisma und einen Lichtdetektor 506 zum Empfangen des
fortgepflanzten Lichts, das durch die Linse kondensiert wird.
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Außerdem enthält das Mikroskop über dem optischen
Mikroausleger einen Laseroszillator 512 zum Oszillieren
eines Laserlichts, einen Spiegel 513 zum Reflektieren des
Laserlichts, das an einem freien Ende des optischen Mikroauslegers
reflektiert wird, und einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511,
der in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt ist, zum Empfangen
des Laserlichts, das an dem Spiegel 513 reflektiert wird,
und zum Ausführen
einer fotoelektrischen Umwandlung. Ferner enthält 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, und einen Computer 507 zu,
Steuern der gesamten Struktur. Dieses optische Nahfeld-Rastermikroskop 1000 ist
zum Beobachten eines dynamischen Modus oder eines Kontaktmodus geeignet.
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Anschließend wird
der Betrieb des optischen Nahfeld-Rastermikroskops 1000 beschrieben.
Das Laserlicht, das von dem Laseroszillator 512 oszilliert wird,
wird an dem freien Ende des optischen Mikroauslegers reflektiert.
Der optische Mikroausleger wird durch Atomkraft zwischen seiner
Spitze und der Probe 501 verschoben. Bei dieser Verschiebung
wird ein Reflexionswinkel des Laserlichts, das an dem freien Ende
des optischen Mikroauslegers reflektiert wird, abgelenkt, und diese
Ablenkung wird von dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511 erfasst.
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Ein
Signal, das von dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511 erfasst
wird, wird zu dem Computer 507 gesendet. Der Computer 507 steuert den
Feinbewegungsmechanismus 503 und den Grobbewegungsmechanismus 504,
so dass die Biegung des optischen Mikroauslegers einen Sollwert nicht überschreitet,
wenn sich der optische Mikroausleger der Probe 501 nähert oder
die Oberfläche
beobachtet.
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Das
fortgepflanzte Licht, das von der Lichtquelle 509 ausgestrahlt
wird, wird von der Linse 510 kondensiert und auf die winzige
Apertur durch den Lichtwellenleiter des optischen Mikroauslegers
gestrahlt. Dadurch wird Nahfeldlicht in der Nähe der winzigen Apertur des
optischen Mikroauslegers erzeugt. Andererseits werden optische Informationen der
Probe 501, die von dem Prisma 502 reflektiert werden,
durch die Linse 505 kondensiert und in den optischen Detektor 506 geleitet.
Der Computer 507 empfängt
das Signal des optischen Detektors 506 und erfasst die
optischen Informationen der Probe 501 aus dem Signal, um
ein topologisches Bild, ein optisches Bild oder dergleichen zu erstellen.
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Unter
Verwendung der Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden Erfindung
in dem optischen Nahfeld-Rastermikroskop mit einer derartigen Struktur hat
das optische Nahfeld-Rastermikroskop folgende Effekte: Das heißt, da die
Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden Erfindung ein Nahfeldlicht
hoher Stärke,
eine hohe Resonanzfrequenz und eine geringe Federkonstante hat,
kann eine Abtastung bei hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden.
Daher wird eine Zeit, die zum Beobachten notwendig ist, kurz. Da
außerdem
im Vergleich zu einer optischen Fasersonde mit einer langen Überlappungslänge die
Manipulationen einer Sonde, einschließlich eines Befestigungsvorganges
an dem Auslegerhalter, leicht werden, ist die Bedienbarkeit der
Vorrichtung verbessert.
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Da,
wie zuvor beschrieben, die Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden
Erfindung im Vergleich zu einer herkömmlichen optischen Fasersonde
eines SNOM mit geringer Größe, kleiner
Federkonstante und hoher Resonanzfrequenz gestaltet werden kann, kann
eine Abtastung bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden,
ohne eine Probe oder die Sonde zu beschädigen.
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Da
außerdem
das fortgepflanzte Licht effizient an dem gekrümmten Abschnitt reflektiert
werden kann, sowohl, wenn Nahfeldlicht von der winzigen Apertur
ausgestrahlt wird, wie auch wenn Licht durch die winzige Apertur
erfasst wird, kann sich das Licht effizient durch den Wellenleiter
fortpflanzen.
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Außerdem kann
die Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden Erfindung leicht und
mit ausgezeichneter Massenproduktivität, Reproduzierbarkeit und Gleichförmigkeit
hergestellt und bei geringen Kosten bereitgestellt werden.
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Da
außerdem
gemäß Beispiel
3 der vorliegenden Erfindung die flachen Orientierungsrichtungen
des Trägersubstrats
und der aktiven Schicht sich voneinander um 45 Grad unterscheiden,
kann die V-förmige
Rille 42 zum Einleiten von Licht in den Kern 4 leicht
gebildet werden. Daher kann zusätzlich
zu den Effekten, die in Beispiel 1 und 2 erklärt sind, Licht effizient und
leicht in den Kern eingeleitet werden (Beleuchtungsmodus). Außerdem kann
Licht, das durch die winzige Apertur erfasst wird, effizient durch den
Kern und die optische Faser erfasst werden, die an der V-förmigen Rille
befestigt ist (Sammelmodus). Ferner können der vorangehenden Beleuchtungsmodus
und der Sammelmodus gleichzeitig ausgeführt werden. Ferner kann zusätzlich zu
der optischen Faser ein optisches Element, wie eine Linse oder ein Filter,
an der V-förmigen
Rille positioniert und befestigt werden, und es wird einfach, Licht
effizient auf den Kern fallen zu lassen und/oder Licht von dem Kern
effizient zu erfassen, oder die Wellenlänge und Phase des Lichts, das
auf den Kern fällt,
und/oder des Lichts, das vom Kern ausgeht, zu steuern.
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Da
außerdem
durch Bereitstellen des Lichteinleitungsabschnitts der Abstand zwischen
der optischen Faser und dem Kern klein gemacht werden kann, ohne
durch die geneigte Oberfläche
der V-förmigen
Rille gestört
zu werden, kann Licht effizient in den Kern eingeleitet werden und
die Stärke
des Nahfeldlichts, das von der winzigen Apertur ausgestrahlt wird,
kann hoch gemacht werden.
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Außerdem kann
gemäß dem Herstellungsverfahren
des Lichtwellenleiterauslegers des Beispiels 3 der vorliegenden
Erfindung der Lichtwellenleiterausleger leicht hergestellt werden.
Da dieses Herstellungsverfahren ein chargenweiser Prozess auf der
Basis eines Halbleiterprozesses ist, können mehrere Lichtwellenleiterausleger
aus einem Ausgangssubstrat erzeugt werden. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger
kostengünstig
hergestellt werden.
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Außerdem ist
gemäß der Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung der Winkel von 45 Grad des gekrümmten Abschnitts
des Lichtwellenleiterauslegers kleiner als der Winkel von 55 Grad
des gekrümmten
Abschnitts, der in Beispiel 3 erklärt ist. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger
dieser Ausführungsform
Licht in die winzige Apertur effizienter einleiten als der Lichtwellenleiterausleger,
der in Beispiel 3 erklärt
ist, und die Erzeugungseffizienz des Nahfeldlichts, das von der
winzigen Apertur ausgestrahlt wird, ist verbessert.
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Da
gemäß der Ausführungsform
5 der vorliegenden Erfindung der Winkel des gekrümmten Abschnitts ein Winkel
ist, der durch die ebene Orientierung eines Siliziumeinzelkristalls
definiert ist, ist die Winkelgenauigkeit hoch. Daher wird ein geometrisches
optisches Verfahren, ein Wellenleitersimulator oder dergleichen
verwendet, um eine solche Konstruktion zu bilden, dass sich Licht,
das sich durch den Wellenleiter fortpflanzt, effizient zu der winzigen Apertur
fortpflanzt, und es ist leicht, den Wellenleiter, den gekrümmten Abschnitt,
die winzige Apertur und dergleichen exakt entsprechend den Konstruktionswerten
zu bilden. Da die Position der winzigen Apertur näher zu der
Spitze des Wellenleiters als die Position des gekrümmten Abschnitts
gebildet ist, kann der gekrümmte
Abschnitt mit dem Winkel von 35 Grad, der kleiner als der Winkel
von 45 Grad ist, effizient Licht in die winzige Apertur leiten.
Daher kann der Lichtwellenleiterausleger der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung Nahfeldlicht effizienter erzeugen als der Lichtwellenleiterausleger der
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Da
außerdem
gemäß dem Beispiel
6 der vorliegenden Erfindung das Verrutschen der Mittelachse des
Kerns und der Mittelachse der V-förmigen Rille so gering ist,
dass es vernachlässigbar
ist, kann Licht effizient in den Kern eingeleitet werden und/oder Licht
von dem Kern kann effizient erfasst werden. Daher kann die Erzeugungseffizienz
von Nahfeldlicht, das von dem Lichtwellenleiterausleger ausgestrahlt wird,
und/oder die Erfassungseffizienz von Nahfeldlicht, das von dem Lichtwellenleiterausleger
erfasst wird, verbessert werden.
-
Außerdem enthält gemäß der Ausführungsform
7 der vorliegenden Erfindung der Lichtwellenleiterausleger die Ablenkungsoberfläche zwischen
dem Lichtwellenleiter und dem Sondenabschnitt, die nicht vertikal
zu der optischen Achse des Lichtwellenleiters liegt und aus einer
einzigen Oberfläche
besteht. Wenn zum Beispiel die aktive Schicht 63 der (100) Wafer
ist und die geneigte Oberfläche
die (111) Ebene ist, kann die winzige Apertur auf der optischen Achse
des Lichts angeordnet werden, das sich durch den Lichtwellenleiter
fortpflanzt, da die geneigte Oberfläche schräg zu der optischen Achse gebildet ist.
Daher kann der Lichtwellenleiterausleger Nahfeldlicht mit hoher
Stärke
aus der winzigen Apertur ausstrahlen, und kann effizient Nahfeldlicht
der Oberfläche
einer Probe durch die winzige Apertur erfassen.