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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
lichterzeugenden Nahfeld-Elements zum Ausstrahlen oder Erfassen
von Nahfeldlicht, das in einem optischen Nahfeld-Mikroskop oder
einer optischen Nahfeld-Speichervorrichtung
verwendet wird, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines
lichterzeugenden Nahfeld-Elements
mit einem winzigen Streukörper
im Inneren einer Apertur.
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Rastersondenmikroskope
(SPMs), für
die Rastertunnelmikroskope (STMs) und Atomkraftmikroskope (AFMs)
typisch sind, werden zur Betrachtung mikroskopischer Regionen in
der Größenordnung
von Nanometern auf Probenoberflächen
verwendet. Im einem SPM wird eine Sonde mit einer zugespitzten Spitze über eine
Probenoberfläche
geführt.
Eine Wechselwirkung, wie ein Tunnelstrom oder eine Atomkraft, die
zwischen der Sonde und der Probenoberfläche erzeugt wird, wird als
zu betrachtendes Subjekt angenommen. Ein Bild einer Auflösung, die
von der Topographie der Sondenspitze abhängig ist, kann erhalten werden.
Die betrachteten Proben unterliegen jedoch relativ strengen Einschränkungen.
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Daher
zieht derzeit ein optisches Nahfeld-Rastermikroskop (SNOM) die Aufmerksamkeit auf
sich. Das Mikroskop nimmt eine Wechselwirkung, die zwischen Nahfeldlicht,
das an der Spitze einer Sonde erzeugt wird, und einer Probenoberfläche entsteht,
als zu betrachtendes Subjekt, um dadurch eine Betrachtung mikroskopischer
Regionen auf der Probenoberfläche
zu ermöglichen.
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In
einem SNOM wird Nahfeldlicht auf eine Probenoberfläche von
einer Apertur ausgestrahlt, die an einer zugespitzten Spitze einer
optischen Faser gebildet ist. Die Apertur hat eine Größe unterhalb
der Beugungsgrenze der Wellenlänge
von Licht, das in die optische Faser geleitet wird. Zum Beispiel
hat sie einen Durchmesser von etwa 100 nm. Der Abstand zwischen
der Apertur, die an der Spitze der Sonde gebildet ist, und der Probe
wird durch SPM-Techniken kontrolliert. Der Wert ist geringer als
die Größe der Apertur.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Punktdurchmesser des Nahfeldlichts auf
der Probe annähernd gleich
der Größe der Apertur.
Daher können
optische Eigenschaften einer Probe in einer mikroskopischen Region
durch Abtasten des Nahfeldlichts betrachtet werden, das auf die
Probenoberfläche
fällt.
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Ein
solches lichterzeugendes Nahfeld-Element kann als hochdichte optische
Speichervorrichtung angewendet werden, die Nahfeldlicht hoher Energiedichte
in dem Aperturabschnitt einer Sonde erzeugt, indem Licht relativ
großer
Intensität
durch die Sonde zu der Probe geleitet wird und die Struktur oder
physikalische Eigenschaft auf einer Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums
durch das Nahfeldlicht örtlich
modifiziert wird. Die optische Speichervorrichtung kann auch als
Mikroskop verwendet werden. Es wurden Versuche unternommen, den
Winkel an der Spitze der Sonde zu vergrößern, um Nahfeldlicht großer Intensität zu erhalten.
Ferner wurden in Anwendungen einer solchen Speichervorrichtung einige Vorrichtungen
entwickelt, wo eine Sonde mit einer Apertur in einem flachen Substrat,
und nicht eine zugespitzte Sonde, als Aufzeichnungs-/Lesekopf verwendet
wird.
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In
diesen Elementen, die Nahfeldlicht verwenden, ist die Bildung einer
Apertur wichtig. Als ein Verfahren zur Bildung der Apertur ist ein
Verfahren bekannt, das in der
Japanischen
Patentschrift Nr. 21201/1993 offenbart ist. In dem Verfahren
zur Bildung einer Apertur der Patentschrift Nr.
21201/1993 wird ein zugespitzter
optischer Wellenleiter, auf dem ein lichtabschirmender Film abgeschieden
ist, als Probe zur Bildung einer Apertur verwendet. Das Verfahren
zur Bildung der Apertur besteht darin, den zugespitzten optischen
Wellenleiter mit dem darauf befindlichen lichtabschirmenden Film
mit einer ziemlich geringen Kraft, die gut durch ein piezoelektrisches Stellglied
gesteuert wird, gegen eine harte flache Platte zu pressen, um dadurch
den lichtabschirmenden Film an der Spitze plastisch zu verformen.
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Ein
anderes Verfahren zur Bildung einer Apertur ist in der
Japanischen Patentauslegeschrift Nr. 265520/1999 offenbart.
In dem Verfahren zur Bildung einer Apertur in der Patentauslegeschrift
Nr.
265520/1999 ist
das Subjekt, in dem eine Apertur gebildet ist, die Spitze eines
Fortsatzes, der an einer flachen Platine oder Platte durch einen
fokussierten Innenstrahl (FIB) gebildet wird. Das Verfahren zur
Bildung der Apertur wird ausgeführt,
indem ein FIB auf einen lichtabschirmenden Film an der Spitze des Fortsatzes
von einer Seite gerichtet wird, und der lichtabschirmende Film an
der Spitze des Fortsatzes entfernt wird.
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Zusätzlich wurde
zur Verbesserung der Auflösung
und zur Erhöhung
der Intensität
von Streulicht, das infolge der Wechselwirkung erzeugt wird, die
zwischen der Sonde und der Probe entsteht, ein Verfahren vorgeschlagen,
das ein Phänomen
nutzt, dass feine Metallpartikel durch einfallendes Licht zur Erzeugung
von Plasmonen angeregt werden.
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Okamoto
et al. haben eine Sonde mit feinen Partikeln aus einem Metall, wie
Au (Gold) oder Pt (Platin), vorgeschlagen, die an der Spitze eines
Sondenkörpers
befestigt ist, der aus einem transparenten Material, wie SiN (Siliziumnitrid),
besteht, und ein spitzes, konisch zulaufendes Element ist (Takayuki Okamoto
und Ichirou Yamaguchi, "Near-field
scanning optical microscope using a gold particle", Jpn. J. Appl. Phys.
36, L166 (1997)).
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In
einer solchen Sonde, in der feine Metallpartikel an der Spitze eines
zugespitzten Sondenkörpers
befestigt sind, der aus einem transparenten Material besteht, werden
die feinen Metallpartikel durch einfallendes Licht angeregt, Plasmonen
zu erzeugen. Die Streuungseffizienz ist im Vergleich zu der Sonde nach
dem Stand der Technik, die keine feinen Metallpartikel aufweist,
höher.
Es kann eine größere Menge an
erfasstem Licht erhalten werden. Da die Auflösung durch die Position, an
der feine Metallpartikel an der Spitze befestigt sind, den Krümmungsradius,
die Art der feinen Metallpartikel und so weiter bestimmt wird. Daher
kann eine höhere
Auflösung
durch Befestigen passender feiner Metallpartikel an der Spitze einer
Sonde erhalten werden.
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Ferner
wird gemäß der optischen
Fasersonde und dem Verfahren zur Herstellung derselben, wie in dem
Japanischen Patent Nr. 3117667 offenbart, ein
vorstehender Abschnitt eines Kerns, der aus einer Hülle ragt,
an einem Ende einer optischen Faser gebildet. Ein Metallfilm wird
an der Oberfläche
des vorstehenden Abschnitts mit Ausnahme des vorderen Endabschnitts
gebildet. Der äußere Abschnitt des
vorstehenden Abschnitts wird zu der vorderen Endfläche zurückversetzt
gebildet. Eine Metallkugel wird an der Spitze des inneren Abschnitts
gebildet. Daher kann eine optische Fasersonde erhalten werden, die
Nahfeldlicht bei hoher Empfindlichkeit und hoher Auflösung erfassen
kann, ohne von dem Streulicht beeinflusst zu sein, das durch den
Basisabschnitt der Sonde gestreut wird, oder durch Streulicht aufgrund
der Oberflächenrauheit
der Probe.
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Zusätzlich werden
gemäß dem Verfahren
zur Bildung feiner Metallpartikel an der Spitze eines Elements,
Befestigung der Partikel, einer Vorrichtung dafür und einer Sonde, wie in der
Japanischen Patentauslegeschrift
Nr. 2001-83069 offenbart, ein Verfahren zur Bildung einer
Metallkugel an der Spitze einer Sonde durch Eintauchen eines spitzen
Elements in eine Metalllösung
und Deoxidieren von Ionen durch Nahfeldlicht, eine Sonde und Vorrichtung
bereitgestellt.
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Im
Allgemeinen senkt eine Verengung der Apertur die Intensität des Nahfeldlichts,
das nahe der Apertur erzeugt wird. Wenn dieses durch eine Probe (oder
ein Aufzeichnungsmedium) gestreut oder moduliert wird, nimmt die
Intensität
des modulierten und sich fortpflanzenden Lichts ab, das den Detektor
erreicht. Selbst wenn die Verstärkung
des Erfassungssystems erhöht
wird, verschlechtert sich im Ausgleich dafür das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N)
eher deutlich wegen des Dunkelstroms, der dem Detektor eigen ist,
und des thermischen Rauschens in der Verstärkerschaltung. Natürlich sind
eine Erhöhung
in der Leistung des Laserlichts, das in den Aperturabschnitt eingeleitet
wird, und eine Abnahme im optischen Punkt des Lasers, der in dem
Aperturabschnitt fokussiert ist, vorteilhaft.
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Da
jedoch die Größe der Apertur
verringert ist, wird die Dicke des lichtabschirmenden Films zwangläufig wegen
der Einschränkungen
bezüglich der
Mikrobearbeitung, die einen FIB oder dergleichen verwendet, und
durch die Effekte einer Abschwächung
des eingeleiteten Lichts, die weitgehend von dem Verhältnis der
Dimensionen innerhalb der Ebene der Apertur und der Dicke abhängen, verringert. Daher
verschlechtert ein Ausdünnen
des lichtabschirmenden Films die Lichtabschirmung und erhöht die Gleichlichtkomponente,
die den optischen Detektor erreicht. Wenn eine vergleichsweise optische
Intensitätsmodulation
aufgrund der Probe (oder des Aufzeichnungsmediums) erhalten wird,
resultiert daraus eine äquivalente
Verschlechterung in der Signalqualität. Auch wenn Licht unter Verwendung
einer Linse nahe dem Aperturabschnitt gesammelt wird, beruht die
geometrische Optik im Prinzip auf der geometrischen Optik nach dem
Stand der Technik. Folglich ist es aufgrund der Beugungsgrenze unmöglich, Licht
auf die Umgebung des Aperturabschnitts bei einer ausreichend hohen
Energiedichte zu strahlen.
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Daher
ist es mit dem herkömmlichen
Verfahren ziemlich schwierig, gleichzeitig eine Verbesserung der
reproduzierten Auflösung
und ein höheres S/N
des Signals zu erreichen, das von dem optischen Detektor erhalten
wird. Es besteht das Problem, dass es schwierig ist, die Aufzeichnungs-(Lese-)Dichte
zu erhöhen.
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Als
Gegenmaßnahme
wird in Erfindungen, die von Okamoto et al. in dem
Japanischen Patent Nr. 3117667 und
der
Japanischen Patentauslegeschrift
Nr. 2001-83069 offenbart sind, ein feines Metallpartikel
zur Erzeugung von Plasmonen an der Spitze einer zugespitzten Sonde
gebildet.
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Obwohl
solche Sonden die Auflösung
verbessern und die Lichtintensität
und das S/N, das mit einem Detektor erhalten wird, erhöhen können, sind diese
Sondenformen nicht für
eine Massenproduktion geeignet. Es ist eine teure Herstellungsausrüstung notwendig,
um lichterzeugende Nahfeld-Elemente herzustellen. Es besteht das
Problem, dass es schwierig ist, die Kosten von SNOM-Vorrichtungen und
optischen Speichervorrichtungen zu senken.
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US2001/0004348 A1 offenbart
einen optischen Kopf, der ein transparentes Kondensierungsmedium,
das eine kondensierte Oberfläche
aufweist, um einen Laserstrahl zu kondensieren, um einen Strahlpunkt
auf der kondensierten Oberfläche
zu bilden, sowie eine Abschattung, die auf dem transparenten Kondensierungsmedium
bereitgestellt ist und eine Apertur aufweist, und ein Mikrometallelement, von
dem mindestens ein Teil in der Apertur positioniert ist, enthält. Die
Apertur ist dort positioniert, wo der Strahlpunkt gebildet wird,
und die Fläche
der Apertur ist kleiner als die Größe des Strahlpunkts.
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Es
ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, lichterzeugende Nahfeld-Elemente
bereitzustellen, die eine ausreichend große Lesesignalstärke und
ein ausreichend großes
S/N, ultrahohe Dichte, ultrahohe Auflösung erzeugen, aber bei geringen
Kosten massenproduziert werden können.
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Daher
ist zur Lösung
der obengenannten Probleme ein Verfahren zur Herstellung eines ersten lichterzeugenden
Nahfeld-Elements gemäß Anspruch
1 der vorliegenden Erfindung dazu ausgebildet, ein lichterzeugendes
Nahfeld-Element
mit einem winzigen Streukörper
im Inneren einer Apertur herzustellen, wobei der Streukörper Plasmonen
erzeugt, indem er mit Licht bestrahlt wird, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfasst: Bilden winziger Streukörper, die periodisch auf einem
Substrat platziert sind; Wählen
nur eines der winzigen Streukörper,
die periodisch platziert sind, und Entfernen der anderen winzigen
Streukörper;
und Bilden der Apertur derart, dass der eine winzige Streukörper im
Inneren der Apertur platziert ist.
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Diese
Erfindung macht es einfach, ein lichterzeugendes Nahfeld-Element
mit einem winzigen Streukörper
zum Erzeugen von Plasmonen im Inneren einer Apertur herzustellen.
Der Herstellungsprozess für
das lichterzeugende Nahfeld-Element gemäß der Erfindung kann in einem
Halbleiterprozess ausgeführt
werden. Lichterzeugende Hochleistungs-Nahfeld-Elemente, die Plasmonen nutzen, können massenproduziert
werden. Zusätzlich
können
die Kosten einfach verringert werden. Ferner können ähnliche Halbleiterprozesse
als Prozesse zur Herstellung von Formen von lichterzeugenden Nahfeld-Elementen
verwendet werden, die nicht der Aperturabschnitt sind und notwendig
sind, um die vorliegenden lichterzeugenden Nahfeld-Elemente in optischen
Nahfeld-Mikroskopen oder optischen Speichervorrichtungen anzuwenden.
Daher ist die Prozesskompatibilität zwischen dem Schritt zur
Bildung der Apertur und dem Schritt zur Bildung von Formen anderer
Abschnitte sehr hoch.
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Ferner
kann die Nutzungseffizienz von Licht immens durch die Verwendung
eines lichterzeugenden Nahfeld-Elementes, das durch das Herstellungsverfahren
gemäß der Erfindung
hergestellt wird, und Erzeugen von Plasmonen in einem Mikroskop
oder einer optischen Informationsaufzeichnungs-/-lesevorrichtung erhöht werden. Der Energieverbrauch kann
verringert werden. Die Vorrichtung kann miniaturisiert werden.
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Gemäß dieser
Erfindung können
die Vorteile des Verfahrens zur Herstellung des ersten lichterzeugenden
Nahfeld-Elements
gemäß der Erfindung
erreicht werden. Zusätzlich
ist kein spezieller und teurer, superpräziser Positioniermechanismus
bei der Auswahl eines der mehreren winzigen Streukörper notwendig.
Die Herstellungsausrüstung,
die in normalen Halbleiterprozessen verwendet wird, kann verwendet
werden. Wenn ferner die Region, in der die periodischen mehreren
winzigen Streukörper
hergestellt werden, verbreitert wird, können lichterzeugende Nahfeld-Elemente mit einer
Herstellungsausrüstung
erzeugt werden, die keinen exakten Positioniermechanismus aufweist.
Somit können
die Kosten des optischen Nahfeld-Kopfes weiter verringert werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines zweiten lichterzeugendes Nahfeld-Elements
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Bildung
der Apertur die folgenden Schritte enthält: Bilden eines lichtabschirmenden Films
an der Seite des Substrats, an der die winzigen Streukörper gebildet
sind; und Bilden der Apertur durch Entfernen des Resist-Schutzabschnitts.
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Gemäß dieser
Erfindung können
die Vorteile des Herstellungsverfahrens der ersten lichterzeugenden
Nahfeld- Elemente
gemäß der Erfindung
erreicht werden. Zusätzlich
ist es nicht notwendig, eine Maske zur Bildung einer Apertur zu
bilden oder eine Apertur durch FIB-Bearbeitung zu bilden, da der
Resist-Schutzabschnitt intakt als Maske zur Bildung einer Apertur
verwendet werden kann. Ferner kann immer ein winziger Streukörper innerhalb
der Apertur gebildet werden, ohne eine strikte Ausrichtung oder komplexe
Herstellungsprozesse durchführen
zu müssen.
Folglich können
die Kosten des lichterzeugenden Nahfeld-Elements weiter verringert werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines dritten lichterzeugendes Nahfeld-Elements
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Bildung
der Apertur die folgenden Schritte enthält: Bearbeiten des Substrats
durch Ausdünnen
von Teilen des Substrats unter Verwendung des Resist-Schutzabschnitts;
Bilden eines lichtabschirmenden Films an der Seite des Substrats,
an der der winzige Streukörper
gebildet ist; und Bilden der Apertur durch Entfernen des Resist-Schutzabschnitts.
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Gemäß dieser
Erfindung können
die Vorteile des Herstellungsverfahrens der ersten und zweiten lichterzeugenden
Nahfeld-Elemente gemäß der Erfindung
erreicht werden. Zusätzlich
ist es möglich, das
Substrat zu ätzen,
ohne insbesondere eine Maske zum Ätzen des Substrats zu bilden.
Daher können die
lichterzeugenden Nahfeld-Elemente
bei geringeren Kosten erzeugt werden. Da der lichtabschirmende Film
und der winzige Streukörper
gleich hoch sind, kann der Abstand zwischen der Probe und dem winzigen
Streukörper
verringert werden. Die Intensität des
Streulichts, das infolge der Wechselwirkung zwischen der Probenoberfläche und
dem winzigen Streukörper
erzeugt wird, kann deutlich erhöht
werden. Dies verbessert die Nutzungseffizienz des Lichts weiter.
Zusätzlich
wird der Abstand zwischen der Probe und dem winzigen Streukörper ziemlich gering,
wodurch die Auflösung
verbessert wird.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines vierten lichterzeugendes Nahfeld-Elements
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Resist-Schutzabschnitts
größer als
die Größe des winzigen
Streukörpers
und kleiner als die Summe der Größe des winzigen
Streukörpers und
des Abstands der periodisch platzierten winzigen Streukörper ist.
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Gemäß dieser
Erfindung können
die Vorteile des Herstellungsverfahrens der ersten bis dritten lichterzeugenden
Nahfeld-Elemente gemäß der Erfindung
erreicht werden. Zusätzlich
ist es unwahrscheinlich, dass zwei oder mehr winzige Streukörper in
einer Apertur vorhanden sind. Es ist möglich, einen winzigen Streukörper in
einer Apertur zu bilden. Wenn ein winziger Streukörper im
Inneren einer Apertur vorhanden ist, hängt die Auflösung mehr
von dem winzigen Streukörper
als von der Größe der Apertur
ab. Wenn daher zwei oder mehr winzige Streukörper in einer Apertur gebildet
sind, verschlechtert sich die Auflösung. In der vorliegenden Erfindung
ist es jedoch möglich,
einen winzigen Streukörper
in einer Apertur zu bilden. Daher kann eine Verschlechterung der
Auflösung
des lichterzeugenden Nahfeld-Elements verhindert werden. Insbesondere,
wenn die Größe des Resist-Schutzabschnitts
gleich der Summe der Größe des winzigen Streukörpers und
des Abstands der periodisch angeordneten winzigen Streukörper ist,
ist immer nur der winzige Streukörper
im Inneren des Resist-Schutzabschnitts vorhanden, selbst wenn die
Positionspräzision
zum Schutz des Resist-Schutzabschnitts
nur mehrere Mikrometer gering ist. Folglich kann ein lichterzeugendes
Nahfeld-Element mit billiger Herstellungsausrüstung hergestellt werden, ohne
die Position des Resist-Schutzabschnitts strikt bilden zu müssen.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines fünften lichterzeugendes Nahfeld-Elements
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der winzige Streukörper aus
Gold, Silber, Kupfer oder Platin besteht.
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Gemäß dieser
Erfindung können
die Vorteile des Herstellungsverfahrens der ersten bis vierten lichterzeugenden
Nahfeld-Elemente gemäß der Erfindung
erreicht werden. Wenn der winzige Streukörper Gold, Silber, Kupfer oder
Platin ist, werden zusätzlich
Plasmonen leicht als Reaktion auf sichtbares Licht erzeugt. Ferner
ist dieser leicht erhältlich
und billig.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nur anhand eines weiteren Beispiels und
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von
welchen:
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1 eine
Ansicht ist, die ein Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden
Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Ansicht ist, die einen Schritt zum Wählen eines winzigen Streukörpers zeigt,
wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden
Nahfeld-Elements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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3 eine
Ansicht ist, die einen Schritt zum Bilden einer Apertur zeigt, wobei
der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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4 eine
Ansicht ist, die einen anderen Schritt zum Bilden einer Apertur
zeigt, wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines
lichterzeugenden Nahfeld- Elements
gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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5 eine
Ansicht ist, die ein Gerät
zeigt, das ein lichterzeugendes Nahfeld-Element gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet;
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6 Ansicht
ist, die ein lichterzeugendes Nahfeld-Element gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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7 eine
Ansicht ist, die insbesondere einen Schritt zum Bilden periodischer
winziger Streukörper
zeigt, wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines
lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
enthalten ist;
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8 eine
Ansicht ist, die insbesondere einen Schritt zum Wählen eines
winzigen Streukörpers zeigt,
wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden
Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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9 eine
Ansicht ist, die insbesondere einen Schritt zum Bilden einer Apertur
zeigt, wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines
lichterzeugenden Nahfeld-Elements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung enthalten ist; und
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10 eine
Ansicht ist, die insbesondere einen anderen Schritt zum Bilden einer
Apertur zeigt, wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung
eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung enthalten ist.
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Vorrichtungen,
die ein lichterzeugendes Nahfeld-Element verwenden, und Verfahren
zur Herstellung des lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß der vorliegenden
Erfindung werden in der Folge ausführlicher unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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(Ausführungsform
1)
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Ein
Beispiel für
eine Vorrichtung, die ein lichterzeugendes Nahfeld-Element verwendet,
in dem ein winziger Streukörper
im Inneren einer Apertur vorhanden ist, wird als erstes beschrieben.
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5 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung zeigt, die ein
lichterzeugendes Nahfeld-Element verwendet. 6 ist eine
Ansicht, die das lichterzeugende Nahfeld-Element zeigt, das in der Vorrichtung
von 5 verwendet wird. Diese Vorrichtung ist ein optisches
Nahfeld-Mikroskop,
das zur Messung optischer Eigenschaften einer mikroskopischen Region
auf einer Probe mit Hilfe der Durchlässigkeit unter Verwendung einer
planaren Sonde verwendet wird.
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In 6 wird
in Bezug auf das lichterzeugende Nahfeld-Element 501 eine Apertur 502 mit
einem Durchmesser von 200 nm in einem lichtabschirmenden Film 602 über einem
Substrat 601 gebildet. Ein winziger Streukörper 603 aus
Silber wird im Inneren dieser Apertur 502 gebildet. Die
Größe dieses
winzigen Streukörpers 603 ist
etwa 50 nm. Hier wird sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von
488 nm als Lichtquelle verwendet. Ein Quarzsubstrat wird als Substrat 601 verwendet.
Hier wird Quarz als Material des Substrats 601 verwendet.
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Der
Betrieb des optischen Nahfeld-Mikroskops, das ein solches lichterzeugendes
Nahfeld-Element 501 verwendet, wird beschrieben.
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In 5 wird
eine Piezostage oder dergleichen als Probe 509 an der Seite
des lichterzeugenden Nahfeld-Elements 501 verwendet, das
mit einer Apertur 502 bereitgestellt ist. Somit werden
die Apertur 502 und die Oberfläche der Probe 509 nahe
zueinander gebracht, so dass der Abstand etwa einige zehn Nanometer
ist. Ein Lichtfluss, der aus einem Laser 503 austritt,
wird auf die Umgebung der Apertur 502 in dem lichterzeugenden
Nahfeld-Element 501 durch eine Linse 505, einen
Spiegel 508 und eine Linse 506 fokussiert. Dann
wird Nahfeldlicht nahe der Apertur 502 erzeugt, die in
dem lichterzeugenden Nahfeld-Element 501 gebildet ist,
wobei die Apertur einen winzigen Streukörper 603 enthält, der
eine winzige Struktur mit einer Größe kleiner der Wellenlänge von
Licht ist. Zu diesem Zeitpunkt werden Plasmonen nahe dem winzigen
metallischen Streukörper 603 erzeugt,
und somit wird ein sehr starkes Nahfeldlicht erhalten. Wenn dieses
Nahfeldlicht auf die Probe 509 gestrahlt wird, wird das
Nahfeldlicht durch Wechselwirkung mit der mikroskopischen Topographie
an der Oberfläche
der Probe 509 oder mit Variationen in einer optischen Konstante,
wie dem Brechungsindex, in Streulicht umgewandelt. Dieses Streulicht
wird von einem lichtempfangenden Element 504 erfasst. Dieses
Verfahren ist als Beleuchtungsverfahren bekannt. Dieses ermöglicht die
Betrachtung optischer Informationen in einem Bereich, der kleiner
als die Wellenlänge
von Licht ist, die in dem optischen System nach dem Stand der Technik
als Grenze angesehen wurde.
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In
diesem lichterzeugenden Nahfeld-Element 501, in dem der
winzige Streukörper 603 aus
einem Metall, das Plasmonen erzeugt, im Inneren der Apertur 502 vorhanden
ist, wird die Auflösung
nicht durch die Größe der Apertur 502,
sondern durch die Größe des winzigen
Streukörpers 603 bestimmt.
Das heißt,
wenn ein solches lichterzeugendes Nahfeld-Element 501 verwendet
wird, werden gleichzeitig eine deutliche Verbesserung in der Auflösung und eine
Erhöhung
in der Lichtstärke,
die von dem Detektor erhalten wird, erreicht. Eine Abnahme in der
Ausgangsleistung des Lasers und eine Abnahme im Energieverbrauch
der Vorrichtung können
erreicht werden. Ferner können
optische Eigenschaften einer mikroskopischen Region betrachtet werden.
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Zusätzlich können auch
optische Informationen durch Ausstrahlen von Licht auf eine Probe
betrachtet werden, um dadurch Nahfeldlicht auf der Probenoberfläche zu erzeugen
und das Nahfeldlicht durch Wechselwirkung mit dem winzigen Streukörper in
dem lichterzeugenden Nahfeld-Element in Streulicht umzuwandeln (Sammelmodus).
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Hier
wird ein optisches Nahfeld-Mikroskop als Instrument verwendet, das
ein lichterzeugendes Nahfeld-Element verwendet. Offensichtlich kann
das lichterzeugende Nahfeld-Element
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer optischen Speichervorrichtung zum Lesen von Informationen
verwendet werden, die auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet
sind, und zum Aufzeichnen von Informationen auf dem Aufzeichnungsmedium.
Informationen werden auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet,
indem Nahfeldlicht, das von der Apertur mit dem winzigen Streukörper erzeugt
wird, auf die Oberfläche
des Aufzeichnungsmediums gestrahlt wird, und die Form einer mikroskopischen
Fläche
auf dem Aufzeichnungsmedium verändert
wird (Wärmemodusaufzeichnung)
oder der Brechungsindex oder die Durchlässigkeit der mikroskopischen
Fläche
verändert
wird (Photonenmodusaufzeichnung).
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Anschließend wird
ein Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements
beschrieben, das in einem Instrument, wie einem optischen Nahfeld-Mikroskop,
wie zuvor erwähnt,
verwendet wird.
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1 ist
eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des lichterzeugenden
Nahfeld-Elements gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Diese Figur zeigt nur jene Abschnitte, die mit
dem Verfahren zur Herstellung eines winzigen Streukörpers im
Inneren der Apertur zusammenhängen.
Wenn es als lichterzeugendes Nahfeld-Element in eine Nahfeld-Mikroskop oder
einer optischen Speichervorrichtung verwendet wird, sind natürlich Schritte
zur Herstellung der Form des lichterzeugenden Nahfeld-Elements nach Bedarf
ebenso notwendig. Deren Beschreibung wird hierin unterlassen.
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Die
Herstellungsabfolge zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements
mit einem winzigen Streukörper
im Inneren einer Apertur der vorliegenden Erfindung besteht aus
einem Schritt S101 zur Bildung periodischer winziger Streukörper, die
periodisch auf einem Substrat platziert werden, einem Schritt S102
zum Wählen
nur eines der periodisch angeordneten winzigen Streukörper und
Entfernen der anderen winzigen Streukörper, und einem Schritt S103
zum Bilden einer Apertur, so dass der eine winzige Streukörper im
Inneren der Apertur platziert wird. Diese Schritte sind in der Folge
separat ausführlich
beschrieben.
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7 ist
eine Ansicht, die insbesondere den Schritt zur Bildung der periodischen
winzigen Streukörper
zeigt. Dieser Schritt ist ein Schritt zur periodischen Bildung mehrerer
winziger Streukörper
auf dem Substrat 601.
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Zunächst wird
in Schritt S702 ein Resistfilm 701 durch Rotationsbeschichtung
oder eine andere Methode auf der Oberseite des Substrats 601 aus Quarz,
Glas oder dergleichen gebildet.
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Dann
wird der Resistfilm 701 in Schritt S703 unter Verwendung
photolithographischer Techniken belichtet, die in normalen Halbleiterherstellungsschritten
verwendet werden, um einen belichteten Abschnitt 702 zu
bilden. Der belichtete Abschnitt 702 des Resistfilms 701 ist
so gebildet, dass mehrere Quadrate periodisch in einem bestimmten
Abstand (in diesem Beispiel, 200 nm) angeordnet sind.
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Dann
wird in Schritt S704 der belichtete Resistfilm 701 freigelegt,
und ein Abschnitt 703 ohne Resistfilm gebildet.
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Dann
wird in Schritt S705 Silber schräg
in Bezug auf das Substrat 601 auf dem Abschnitt 703 ohne
Resistfilm abgeschieden, der auf der Oberseite des Substrats 601 gebildet
ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Dicke des abgeschiedenen Silbers
geringer als einzige zehn Nanometer. Danach wird Silber nur auf einer
Resist-Metalldeckschicht 704, die über dem Resistfilm 701 liegt,
und an einer Ecke des Quadrats des Abschnitts 703 ohne
Resistfilm abgeschieden. Der Grund, warum Silber nur an einer Ecke
des Quadrats des Abschnitts 703 ohne Resistfilm abgeschieden
wird, ist, dass ein Teil des Abschnitts 703 ohne Resistfilm
ein Schatten wird und Silber wegen der Dicke des Resistfilms 701 nicht
abgeschieden wird, da die Bildung eines Films aus Silberatomen durch schräges Aufdampfen
versucht wird. Daher wird Silber nur an einer Ecke des Quadrats
des Abschnitts 703 ohne Resistfilm abgeschieden.
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In
Schritt S706 wird der Resistfilm 701 entfernt, um dadurch
den Resistfilm 701 und den Resist-Metalldeckfilm 704 zu
entfernen. Wenn winzige Streukörper 706,
die periodisch angeordnet sind, durch dieses Verfahren gebildet
werden, können
die winzigen Streukörper,
die jeweils eine Größe mit einem
Durchmesser von weniger als etwa 50 nm haben, auf dem Substrat 601 gebildet
werden.
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Folglich
werden die winzigen Streukörper 706 auf
der Oberseite des Substrats 601 derart gebildet, dass Massen
von Silber, die jeweils eine Größe von etwa
50 nm haben, periodisch in Abständen
von 200 nm angeordnet sind.
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Wenn
hier eine Elektronenstrahlbelichtung oder dergleichen zur Belichtung
des Resistfilms verwendet wird, kann der Abschnitt 703 ohne
Resist, dessen Dimensionen kleiner als einige zehn Nanometer sind,
hergestellt werden. In diesem Fall ist ein derartiges schräges Aufdampfen
nicht notwendig. Bei normalen Halbleitertechniken, die einen Stepper oder
dergleichen verwenden, der zur Massenproduktion geeignet ist, ist
es schwierig, Muster in einigen zehn Nanometern zu bilden. Daher
werden sie durch das obengenannte Verfahren hergestellt.
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In
diesem Beispiel werden Silberatome als Material für die winzigen
Streukörper
verwendet. Offensichtlich können
andere Materialien als Silber als Material für die winzigen Streukörper verwendet
werden, wie Metalle (z.B., Gold, Silber und Platin) und Nichtmetalle,
die Plasmonen als Reaktion auf die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle
erzeugen. Insbesondere erzeugen winzige Streukörper aus Metallen, wie Silber,
Gold, Platin und so weiter, leicht Plasmonen als Reaktion auf sichtbare
Strahlen. Ferner sind sie leicht verfügbar und billig.
-
Zusätzlich kann
der Schritt zur Bildung der periodischen winzigen Streukörper zusätzlich zu
dem vorliegenden Verfahren ein anderes Verfahren anwenden, solange
es winzige Streukörper
bildet, die periodisch auf einem Substrat angeordnet sind. Zum Beispiel
können
die periodisch angeordneten winzigen Streukörper unter Verwendung einer
Methode gebildet werden, die äußerst normales,
anodisch oxidiertes, poröses
Aluminiumoxid nutzt (Masuda et al., Ohyoh Butsuri (in Japanisch),
Band 69., Nr. 5, S. 558 (2000)).
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Anschließend wird
der Schritt zum Wählen der
winzigen Streukörper
beschrieben.
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2 ist
eine Ansicht, die den Schritt zum Wählen der winzigen Streukörper zeigt,
wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden
Nahfeld-Elements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
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Der
Schritt zum Wählen
der winzigen Streukörper
besteht aus dem Schritt S201 zur Bildung eines Resistfilms über den
mehreren, periodisch angeordneten, winzigen Streukörpern auf
dem Substrat, das durch den Schritt zur Bildung der periodischen winzigen
Streukörper
gebildet wurde, dem Schritt S202 zum Belichten und Entwickeln des
Resistfilms, und dem Schritt S203 zum Entfernen der winzigen Streukörper mit
Ausnahme eines winzigen Streukörpers
unter Verwendung des Resist-Schutzabschnitts, der durch den Schritt
zur Bildung und Belichtung und Entwicklung des Resists gebildet
wurde.
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8 ist
eine Ansicht, die insbesondere den Schritt zum Wählen des winzigen Streukörpers zeigt, wobei
der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden
Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Der Schritt zum Wählen des
winzigen Streukörpers
wird in der Folge unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
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Zuerst
wird als Schritt zur Bildung des Resistfilms ein Resistfilm 801 durch
Rotationsbeschichtung oder eine andere Methode auf der Oberseite des
Substrats gebildet, das in dem Schritt zur Bildung der periodischen
winzigen Streukörper
gebildet wurde (Schritt S802). Zu diesem Zeitpunkt wird der Resistfilm 801 so
gebildet, dass er alle winzigen Streukörper 706 bedeckt,
die periodisch auf dem Substrat 601 angeordnet sind.
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Dann
wird als Schritt zum Belichten und Entwickeln des Resists der Resistfilm 801 in
Schritt S803 belichtet und entwickelt, um einen Resist-Schutzabschnitt 802 zu
bilden. Die Größe des Resist-Schutzabschnitts 802 muss
groß genug
sein, damit ein winziger Streukörper
im Inneren des Resist-Schutzabschnitts 802 vorhanden
ist. Insbesondere muss die Größe des Resist-Schutzabschnitts 802 größer als die
Größe des winzigen
Streukörpers
und kleiner als die Summe der Größe des winzigen
Streukörpers und
des Abstands der periodisch angeordneten winzigen Streukörper sein.
Hier ist der Resist-Schutzabschnitt 802 ein Quadrat, von
dem jede Seite 250 nm ist. Natürlich
können
andere Formen als ein Quadrat möglich
sein. Der Anordnung der winzigen Streukörper und der Form des Resist-Schutzabschnitts
muss hier Beachtung geschenkt werden. Das heißt, es ist darauf zu achten,
dass einer der periodisch angeordneten winzigen Streukörper innerhalb
des gebildeten Resist-Schutzfilms vorhanden ist.
-
Dann
werden als Schritt zur Entfernung winziger Streukörper die
periodisch angeordneten winzigen Streukörper 706, die auf
dem Substrat 601 gebildet sind, unter Verwendung des Resist-Schutzabschnitts 802 geätzt (Schritt
S804). Dann werden die winzigen Streukörper, die nicht der winzige
Streukörper 603 sind,
der im Inneren des Resist-Schutzabschnitts 802 vorhanden
ist, von der Oberseite des Substrats 601 entfernt. Selbst
wenn winzige Streukörper
teilweise mit dem Resist-Schutzabschnitt 802 bedeckt sind,
werden solche winzigen Streukörper auch
durch ausreichende Durchführung
des Ätzvorganges
entfernt. Folglich wird nur der winzige Streukörper 603, der im Inneren
des Resist-Schutzabschnitts 802 vorhanden
ist, auf dem Substrat 601 gebildet.
-
Es
wird nun angenommen, dass die Größe des Resist-Schutzabschnitts
die Summe der Größe der winzigen
Streukörper
und des Abstands der periodisch angeordneten winzigen Streukörper ist.
Die Präzision
der Position des Resist-Schutzabschnitts kann sehr gering sein.
Das heißt, der
Zweck dieses Schritts ist, einen solchen Zustand zu schaffen, dass ein
winziger Streukörper
im Inneren des Resist-Schutzabschnitts vorhanden ist. Daher wird
einer der periodisch angeordneten winzigen Streukörper zurückgelassen;
die anderen werden entfernt. Folglich muss die Größe und Form
des Resist-Schutzabschnitts exakt sein, aber die Positionspräzision kann sehr
gering sein.
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In
normalen Halbleiterprozessen, die Masken verwendet, ist es leicht,
die Größe des Resist-Schutzabschnitts
zu steuern. Es ist jedoch sehr schwierig, die Ausrichtungspräzision der
Maskenposition auf weniger als einige zehn Nanometer einzurichten,
um die Position des Resist-Schutzabschnitts streng zu kontrollieren.
Daher erleichtert die Verwendung der obengenannten Methode die Bildung
des Resist-Schutzabschnitts mit nur einem winzigen Streukörper darin.
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Wenn
die Größe des Resist-Schutzabschnitts
geringer als die Größe jedes
winzigen Streukörpers
ist oder größer als
die Summe der Größe des winzigen
Streukörpers
und des Abstands der periodisch angeordneten winzigen Streukörper ist,
ist im erstgenannten Fall kein winziger Streukörper im Inneren des Resist-Schutzabschnitts
vorhanden und im letztgenannten Fall sind zwei oder mehr winzige Streukörper jederzeit
im Inneren des Resist-Schutzabschnitts vorhanden, wodurch ein Problem
entsteht.
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Schließlich wird
der Schritt zur Bildung der Apertur beschrieben.
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3 ist
eine Ansicht, die den Schritt zur Bildung der Apertur zeigt, wobei
der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden
Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
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Der
Schritt zur Bildung der Apertur besteht aus einem Schritt 301 zur
Bildung eines lichtabschirmenden Films an der Seite des Substrat,
an der winzige Streukörper
gebildet sind, und einem Schritt S302 zur Entfernung des Resist-Schutzabschnitts, um
dadurch die Apertur zu bilden.
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9 ist
eine Ansicht, die teilweise den Schritt zur Bildung der Apertur
zeigt, wobei der Schritt in dem Verfahren zur Herstellung eines
lichterzeugenden Nahfeld-Elements
gemäß Ausführungsform 1
der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Der Schritt zur Bildung
der Apertur wird in der Folge unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Zunächst wird
in Schritt S902 als Schritt zur Bildung des lichtabschirmenden Films
Al als lichtabschirmender Film auf der Oberseite des Substrats, das
durch den Schritt zur Entfernung der winzigen Streukörper gebildet
wurde, durch Sputtern, Vakuumaufdampfen oder ein anderes Verfahren
abgeschieden. Dadurch werden ein lichtabschirmender Resist-Deckfilm 901 und
ein lichtabschirmender Film 902 auf der Oberseite des Resist-Schutzfilms 802 beziehungsweise
des Substrats 601 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform
wird Al verwendet. Das Material dieses lichtabschirmenden Films
ist nicht auf Metalle, wie Al und Cu, begrenzt. Natürlich kann
jedes Material verwendet werden, solange es einen ausreichenden
Lichtabschirmungskoeffizienten für
die verwendete Lichtquelle hat.
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Dann
wird als Schritt zur Entfernung des Resists der Resist-Schutzabschnitt 802 in
Schritt S903 entfernt. Der lichtabschirmende Resist-Deckfilm 901, der
an der Oberseite des Resist-Schutzabschnitts 802 gebildet
ist, wird gemeinsam mit dem Resist-Schutzabschnitt 802 entfernt.
Daher wird die im Wesentlichen quadratische Apertur 502,
von der jede Seite 200 nm ist und die im Wesentlichen gleich groß wie der
Resist-Schutzfilm 802 ist, auf dem lichtabschirmenden Al-Film 602 gebildet,
der an der Oberseite des Substrats 601 gebildet ist. Daher
kann ein lichterzeugendes Nahfeld-Element gebildet werden, in dem
ein winziger Streukörper 603 aus
Silber mit einem Durchmesser von 50 nm im Inneren der Apertur 502 gebildet
ist. Falls notwendig, wird schließlich ein transparenter Schutzfilm
an der Oberseite des winzigen Streukörpers 603 im Inneren
der Apertur 502 und des lichtabschirmenden Films 602 gebildet.
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Daher
kann der Resist-Schutzfilm intakt als Maske zur Bildung einer Apertur
verwendet werden. Dies macht die Bildung einer Maske zur Bildung
einer Apertur oder die Bildung einer Apertur durch FIB-Bearbeitung
unnötig.
Zusätzlich
wird immer ein winziger Streukörper
im Inneren der Apertur gebildet, ohne eine strenge Ausrichtung oder
komplexe Herstellungsprozesse zu benötigen. Folglich können die Kosten
des lichterzeugenden Nahfeld-Elements weiter verringert werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird Quarz, Glas oder dergleichen, das für sichtbares Licht transparent
ist, als Substrat verwendet. Dieses Substrat muss nur eine ausreichende
Durchlässigkeit
für die
Wellenlänge
der verwendeten Lichtquelle zeigen. Natürlich können andere Materialien als Quarz
und Glas verwendet werden.
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Wenn
ein Substrat (z.B. ein Si-Substrat für sichtbares Licht), das eine
geringe Durchlässigkeit für die Wellenlänge der
verwendeten Lichtquelle zeigt, verwendet wird, wird ein Raum in
einem Teil des Substrats gebildet, oder ein Material mit hoher Durchlässigkeit
wird so vergraben, dass ein Lichtfluss von der Lichtquelle auf die
Umgebung der Apertur fällt.
Auf diese Weise kann ein lichterzeugendes Nahfeld-Element durch
eine ähnliche
Methode hergestellt werden.
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Ferner
hängt die
Region, in der die periodisch angeordneten winzigen Streukörper angeordnet
sind, von der Positionspräzision
ab, wenn der Resist-Schutzabschnitt hergestellt wird. Das heißt, in einem
Verfahren zur Herstellung des Resist-Schutzabschnitts müssen die
periodisch angeordneten winzigen Streukörper in einer Region gebildet
werden, die breiter als die Positionspräzision ist, wenn der Resist-Schutzabschnitt
auf dem Substrat gebildet wird, wobei die Ausrichtungspräzision der
Maske, die Stufenpräzision
und so weiter berücksichtigt
werden. Wenn zum Beispiel die Möglichkeiten
des vorliegenden Halbleiterprozesses berücksichtigt werden, ist es ausreichend,
periodische winzige Streukörper
in einer Region von etwa 10 μm × 10 μm zu bilden.
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Ferner
kann die Anordnung der periodisch angeordneten winzigen Streukörper entweder
eine eindimensionale, lineare Anordnung oder eine zweidimensionale
Anordnung sein, solange sie eine periodische Anordnung ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wurde der Schritt zur Bildung einer Apertur, in der ein winziger
Streukörper
vorhanden ist, auf einem Substrat beschrieben. Mehrere Aperturen
können
gleichzeitig in einem Substrat gebildet werden. Natürlich ist
es auch möglich,
mehrere lichterzeugende Nahfeld-Elemente gleichzeitig auf einem
Substrat zu bilden. Wenn mehrere lichterzeugende Nahfeld-Elemente auf einem
Substrat erzeugt werden, müssen
die einzelnen lichterzeugenden Nahfeld-Elemente separat durch einen
Schneidevorgang oder eine andere Methode, falls notwendig, geschnitten
werden.
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Daher
werden, wie bisher beschrieben wurde, in dem Verfahren zur Herstellung
eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
periodisch angeordnete winzige Streukörper auf einem Substrat durch
den Schritt zur Bildung periodisch angeordneter winziger Streukörper gebildet.
Dann werden alle periodisch angeordneten winzigen Streukörper mit
Ausnahme nur eines winzigen Streukörpers durch den Schritt zum Wählen eines
winzigen Streukörpers
entfernt. Schließlich
wird eine Apertur mit einem darin befindlichen winzigen Streukörper gebildet.
Somit kann ein lichterzeugendes Nahfeld-Element mit dem darin befindlichen
winzigen Streukörper
hergestellt werden. Zusätzlich
müssen
in Bezug auf den Resist-Schutzabschnitt
zum Auswählen
nur eines winzigen Streukörpers
aus den periodisch angeordneten winzigen Streukörpern dessen Größe und Form
präzise
sein. Seine Position bedarf jedoch keiner hohen Präzision. In
normalen Halbleiterprozessen ist es leicht, die Form des Resist-Schutzabschnitts
mit hoher Präzision
herzustellen, aber es ist sehr schwierig, die Position in Einheiten
von einigen zehn Nanometern zu kontrollieren. Es war unmöglich, einen
winzigen Streukörper
im Inneren einer Apertur mit der herkömmlichen Methode zu bilden.
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Gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
jedoch ist die Formpräzision
hoch. Die Positionspräzision
kann relativ gering sein. Heutige normale Halbleiterprozesse können intakt
verwendet werden. Daher ist eine Massenproduktion von lichterzeugenden
Hochleistungs-Nahfeld-Elementen, die Plasmonen verwenden, möglich. Ferner
können
geringere Kosten leicht erreicht werden. Wenn ferner ein lichterzeugendes
Nahfeld-Element, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung
hergestellt wird, bei einem optischen Nahfeld-Mikroskop oder einer
optischen Speichervorrichtung angewendet wird, können dieselben Halbleiterprozesse
als Prozesse zur Herstellung notwendiger Formen verwendet werden.
Somit ist die Prozessaffinität
sehr hoch.
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In
der Vergangenheit war ein teurer supergenauer Positioniermechanismus
zur Betrachtung mit einem SEM oder dergleichen in der Auswahl eines winzigen
Streukörpers
aus mehreren winzigen Streukörpern
unerlässlich.
Die vorliegende Erfindung macht die Verwendung eines teuren supergenauen Positioniermechanismus
bei der Durchführung
einer solchen Betrachtung unnötig.
Die Herstellungsausrüstung,
die in normalen Halbleiterprozessen verwendet wird und keinen speziellen
oder teuren Positioniermechanismus aufweist, kann verwendet werden.
Wenn die Region, in der mehrere periodische winzige Streukörper hergestellt
werden, verbreitert wird, gelten zusätzlich weniger strenge Anforderungen
für die
Positionspräzision
bei der Bildung des Resist-Schutzabschnitts.
Lichterzeugende Nahfeld-Elemente können mit einer Herstellungsausrüstung mit einem
billigen Positioniermechanismus hergestellt werden. Daher können die
Kosten des optischen Nahfeldkopfs weiter gesenkt werden.
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Zusätzlich sind
gemäß dem Herstellungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform nicht
zwei oder mehr winzige Streukörper
im Inneren des Resist-Schutzabschnitts vorhanden. Es ist möglich, einen
winzigen Streukörper
in einer Apertur zu bilden. Wenn ein winziger Streukörper im
Inneren einer Apertur vorhanden ist, hängt die Auflösung mehr mit
dem winzigen Streukörper
als mit der Aperturgröße zusammen.
Wenn daher zwei oder mehr winzige Streukörper innerhalb einer Apertur
gebildet sind, verschlechtert sich die Auflösung. In dem vorliegenden Verfahren
jedoch kann ein winziger Streukörper im
Inneren einer Apertur gebildet werden. Folglich kann eine Verschlechterung
in der Auflösung
des lichterzeugenden Nahfeld-Elements verhindert werden.
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Insbesondere,
wenn die Größe des Resist-Schutzabschnitts
gleich der Summe der Größe des winzigen
Streukörpers
und des Abstands der periodisch angeordneten winzigen Streukörper ist,
ist immer ein winziger Streukörper
im Inneren des Resist-Schutzabschnitts vorhanden, wenn die Präzision der
Position, wo der Resist-Schutzabschnitt gebildet ist, sehr gering
ist, d.h., in der Größenordnung
von Mikrometern. Daher ist es nicht notwendig, die Position des
Resist-Schutzabschnitts streng zu bilden. In einigen Fällen wird
auf den Ausrichtungsmechanismus zur Herstellung des Resist-Schutzabschnitts verzichtet.
Lichterzeugende Nahfeld-Elemente können mit einer billigeren Herstellungsausrüstung hergestellt
werden.
-
Ferner
kann bei dem Gerät,
das ein lichterzeugendes Nahfeld-Element durch das Verfahren der
vorliegenden Ausführungsform
verwendet, eine Kostenreduktion erreicht werden. Da das lichterzeugende
Nahfeld-Element Plasmoneneffekte nutzt, kann die Nutzungseffizienz
von Licht immens verbessert werden. Es kann ein geringerer Energieverbrauch
und eine Miniaturisierung des Geräts erreicht werden.
-
(Ausführungsform
2)
-
4 zeigt
eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden
Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung darstellt. 4 ist ein
anderes Verfahren des Apertur-Bildungsschrittes
in Ausführungsform
1. Die anderen Schritte sind mit jenen in Ausführungsform 1 identisch. Daher
wird die Beschreibung des Schrittes zur Bildung periodischer winziger
Streukörper
und des Schrittes zum Wählen
eines winzigen Streukörpers
unterlassen. Ferner wird die Beschreibung der anderen Schritte teilweise
unterlassen oder vereinfacht.
-
Der
Schritt zur Bildung einer Apertur, wobei der Schritt in dem Verfahren
zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
2 enthalten ist, besteht aus Schritt S401, der Bearbeitung eines
Substrats zum Ausdünnen
eines Teils des Substrats unter Verwendung des Resist-Schutzabschnitts,
einem Schritt S402 zur Bildung eines lichtabschirmenden Films an der
Seite des Substrats, an der winzige Streukörper gebildet sind, und einem
Schritt S403 zur Entfernung des Resist-Schutzabschnitts, um dadurch die Apertur zu
bilden.
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10 ist
eine Ansicht, die insbesondere einen anderen Apertur-Bildungsschritt
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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In
Schritt S1001 ist ein winziger Streukörper 603, der an der
Oberseite eines Substrats 601 gebildet ist, das durch den
Schritt zur Bildung winziger Streukörper und den Schritt zum Wählen eines
winzigen Streukörpers
hergestellt wurde, dargestellt, wie auch ein Resist-Schutzabschnitt 802 mit
einem winzigen Streukörper 603 darin.
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Dann
wird als Schritt zur Bearbeitung des Substrats ein Teil des Substrats 601 unter
Verwendung des Resist-Schutzabschnitts 802 als
Maske in Schritt S1102 geätzt,
wodurch das Substrat ausgedünnt
wird.
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Dann
wird als Schritt zur Bildung eines lichtabschirmenden Films in Schritt
S1003 ein lichtabschirmender Al-Film 1003 und ein lichtabschirmender
Resist-Deckfilm 1002 an der Oberseite des geätzten Substrats 601 durch
ein Verfahren ähnlich dem
Verfahren gebildet, das in Ausführungsform
1 beschrieben ist.
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Schließlich werden
als Schritt zum Entfernen des Resists in Schritt S1004 der Resist-Schutzabschnitt 802 und
der lichtabschirmende Resist-Deckfilm 1002 durch ein Verfahren ähnlich dem
Verfahren entfernt, das in Ausführungsform
1 beschrieben ist.
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Das
Ausmaß,
in dem das Substrat 601 in Schritt S1004 geätzt wird,
ist etwa gleich dem Ausmaß,
das durch Subtrahieren der Größe des winzigen
Streukörpers 603 von
der Dicke des anschließend
gebildeten lichtabschirmenden Films 1003 erhalten wird.
Das heißt,
der lichtabschirmende Film 1003 und der winzige Streukörper 603 werden
im Wesentlichen mit gleicher Höhe
gebildet.
-
Daher
kann ein lichterzeugendes Nahfeld-Element, das wie folgt charakterisiert
ist, erhalten werden. Eine quadratische Apertur 502, von
welcher jede Seite etwa 200 nm ist und deren Form ähnlich dem
Resist-Schutzabschnitt
ist, wird in einem lichtabschirmenden Film 1004 aus Al
gebildet, der an der Oberseite des Substrats 601 gebildet
ist. Ein winziger Streukörper 603 aus
Silber mit 50 nm wird im Inneren der Apertur 502 gebildet.
Ferner haben der lichtabschirmende Film 1004 und der winzige
Streukörper 603 die
gleiche Höhe.
-
Daher
wird, wie bisher beschrieben wurde, in dem Apertur-Bildungsschritt des
Verfahrens zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ein Teil des Substrats unter Verwendung des Resist-Schutzabschnitts
als Maske durch den Schritt zur Bearbeitung des Substrats ausgedünnt. Dann
wird der lichtabschirmende Film an der Seite des Substrats, an der
der winzige Streukörper
gebildet ist, durch den Schritt zur Bildung des lichtabschirmenden
Films gebildet. Schließlich
wird der Resist-Schutzabschnitt durch den Resist-Entfernungsschritt
entfernt, wodurch die Apertur gebildet wird. Auf diese Weise wird ein
lichterzeugendes Nahfeld-Element mit einer Apertur, die einen winzigen
Streukörper
darin enthält, hergestellt.
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Die
in Ausführungsform
1 beschriebenen Vorteile können
erhalten werden. Zusätzlich
kann das Substrat ohne spezielle Bildung einer Maske geätzt werden.
Die Faktoren, die zu einer Kostenerhöhung beitragen, können maximal entfernt
werden. Ein lichterzeugendes Nahfeld-Element kann bei geringen Kosten
hergestellt werden.
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Zusätzlich kann
ein lichterzeugendes Nahfeld-Element, in dem der lichtabschirmende
Film 1004 und der winzige Streukörper 603 von gleicher Höhe sind,
leicht hergestellt werden. Wenn ein solches lichterzeugendes Nahfeld-Element
verwendet wird, kann der Abstand zwischen einer Probe und dem winzigen
Streukörper,
wo Plasmonen erzeugt werden, verringert werden. Die Stärke des
Streulichts, das infolge einer Wechselwirkung zwischen der Probenoberfläche und
dem winzigen Streukörper erzeugt
wird, kann deutlich erhöht
werden. Die Nutzungseffizienz von Licht wird weiter verbessert.
Ferner ist der Abstand zwischen der Probe und dem winzigen Streukörper sehr
gering und somit wird die Auflösung
verbessert. Gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
kann das lichterzeugende Nahfeld-Element mit solchen Merkmalen leicht
und bei geringen Kosten hergestellt werden.
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Wie
bisher beschrieben wurde, kann gemäß dem Verfahren zur Herstellung
eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements der vorliegenden Erfindung ein
lichterzeugendes Nahfeld-Element mit einem winzigen Streukörper im
Inneren einer Apertur leicht hergestellt werden, wobei der Streukörper Plasmonen
erzeugt. Das Herstellungsverfahren selbst für lichterzeugende Nahfeld-Elemente
der vorliegenden Erfindung kann ein normaler Halbleiterprozess sein. Eine
Massenproduktion von lichterzeugenden Hochleistungs-Nahfeld-Elementen
unter Nutzung von Plasmoneneffekten ist möglich. Ferner können leicht geringere
Kosten erreicht werden. Zusätzlich
kann ein Prozess zur Bildung von anderen Formen als der Apertur
in einem lichterzeugenden Nahfeld-Element, die notwendig sind, um das
vorliegende lichterzeugende Nahfeld-Element bei einem optischen
Nahfeld-Mikroskop oder einer optischen Speichervorrichtung anzuwenden,
derselbe Halbleiterprozess sein. Daher ist die Prozessaffinität zwischen
dem Schritt zur Bildung der Apertur und dem Schritt zur Bildung der
Formen anderer Abschnitt sehr hoch.
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Ferner
kann die Nutzungseffizienz von Licht immens durch die Verwendung
eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements, das durch das Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, in einem Mikroskop
oder einem optischen Informationsaufzeichnungs-/-lesegerät verbessert
werden, wobei das lichterzeugende Element Plasmonen erzeugt. Der
Energieverbrauch des Geräts
kann verringert werden. Die Größe des Geräts kann
verringert werden.
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Ferner
kann bei der Auswahl eines winzigen Streukörpers aus den mehreren winzigen
Streukörpern
eine Herstellungsausrüstung,
die in normalen Halbleiterprozessen verwendet wird, ohne speziellen und
teuren Ausrichtungsmechanismus verwendet werden. Lichterzeugende
Nahfeld-Elemente können mit
einer Herstellungsausrüstung
hergestellt werden, die einen billigen Ausrichtungsmechanismus aufweist.
Daher können
die Kosten des optischen Nahfeldkopfs weiter verringert werden.
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Zusätzlich kann
ein winziger Streukörper
in einer Apertur gebildet werden, indem die Größe des Resist-Schutzabschnitts
größer als
die Größe des winzigen
Streukörpers
und geringer als die Summe des Durchmessers des winzigen Streukörpers, wie zuvor
beschrieben, und des Abstands der periodisch angeordneten winzigen
Streukörper
eingestellt wird. Wenn ein winziger Streukörper im Inneren einer Apertur
vorhanden ist, hängt
die Auflösung
mehr mit der Größe des winzigen
Streukörpers
als mit der Größe der Apertur
zusammen. Wenn daher zwei oder mehr winzige Streukörper in
einer Apertur gebildet sind, bewirkt die Auflösung eine Verschlechterung der
Auflösung.
In dem vorliegenden Verfahren jedoch kann ein winziger Streukörper im
Inneren einer Apertur gebildet werden. Daher kann eine Verschlechterung
der Auflösung
des lichterzeugenden Nahfeld-Elements verhindert werden. Insbesondere, wenn
die Größe des Resist-Schutzabschnitts
gleich der Summe des winzigen Streukörpers und des Abstands der
periodisch angeordneten winzigen Streukörper ist, ist es nicht notwendig,
die Position des Resist-Schutzabschnitts streng zu kontrollieren.
In einigen Fällen
ist kein Ausrichtungsmechanismus zur Herstellung des Resist-Schutzabschnitts
notwendig. Lichterzeugende Nahfeld-Elemente können mit einer billigen Herstellungsausrüstung hergestellt
werden.
-
Ferner
kann der Resist-Schutzabschnitt intakt als Maske zur Bildung einer
Apertur verwendet werden. Daher ist es nicht notwendig, eine Maske
zur Bildung der Apertur zu verwenden. Es ist auch nicht notwendig,
die Apertur durch eine FIB-Bearbeitung zu
bilden. Zusätzlich
wird immer ein winziger Streukörper
im Inneren der Apertur gebildet, ohne eine strenge Ausrichtung oder
einen komplexen Herstellungsprozess ausführen zu müssen. Folglich können die
Kosten des lichterzeugenden Nahfeld-Elements weiter verringert werden.
-
Wenn
der winzige Streukörper
Gold, Silber, Kupfer oder Platin ist, werden zusätzlich Plasmonen leicht als
Reaktion auf sichtbares Licht erzeugt. Ferner ist er leicht verfügbar und
billig.
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Wenn
ferner der Apertur-Bildungsschritt, wie in Ausführungsform 2 beschrieben, verwendet
wird, kann das Substrat geätzt
werden, ohne im Speziellen eine Maske zum Ätzen des Substrats zu bilden.
Dies führt
zu einer weiteren Senkung der Kosten. Da der Lichtabschirmende Film
und der winzige Streukörper von
gleicher Höhe
sind, kann der Abstand zwischen der Probe und dem winzigen Streukörper klein
gestaltet werden. Die Stärke
des Streulichts, das infolge der Wechselwirkung zwischen der Probenoberfläche und
dem winzigen Streukörper
erzeugt wird, kann deutlich erhöht
werden. Dies verbessert die Nutzungseffizienz von Licht noch mehr.
Ferner ist die Auflösung
verbessert, da der Abstand zwischen der Probe und dem winzigen Streukörper sehr
kurz ist.