DE60221942T2 - Verfahren zur Herstellung lichterzeugender Nahfeld-Elemente - Google Patents

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Kenji Mihama-ku Chiba-shi Kato
Hidetaka Mihama-ku Chiba-shi Maeda
Takashi Mihama-ku Chiba-shi Niwa
Yoko Mihama-ku Chiba-shi Shinohara
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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)).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur anhand eines weiteren Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen:
  • 1 eine Ansicht ist, die ein Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 5 eine Ansicht ist, die ein Gerät zeigt, das ein lichterzeugendes Nahfeld-Element gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet;
  • 6 Ansicht ist, die ein lichterzeugendes Nahfeld-Element gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 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;
  • 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;
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • (Ausführungsform 1)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Betrieb des optischen Nahfeld-Mikroskops, das ein solches lichterzeugendes Nahfeld-Element 501 verwendet, wird beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dann wird in Schritt S704 der belichtete Resistfilm 701 freigelegt, und ein Abschnitt 703 ohne Resistfilm gebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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)).
  • Anschließend wird der Schritt zum Wählen der winzigen Streukörper beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Schließlich wird der Schritt zur Bildung der Apertur beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 10 ist eine Ansicht, die insbesondere einen anderen Apertur-Bildungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements (501) mit einem winzigen Streukörper (603) im Inneren einer Apertur (502), wobei der Streukörper (603) Plasmonen erzeugt, indem er mit Licht bestrahlt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden winziger Streukörper (706), die periodisch auf einem Substrat (601) platziert sind; Wählen nur eines der winzigen Streukörper, die periodisch platziert sind, und Entfernen der anderen winzigen Streukörper (706); und Bilden der Apertur (502) derart, dass der eine winzige Streukörper (603) im Inneren der Apertur platziert ist, wobei der Schritt des Wählens nur eines der winzigen Streukörper folgende Schritte enthält: Bilden eines Resistfilms (801), so dass mindestens die winzigen Streukörper (706) bedeckt sind, die periodisch platziert sind; Belichten und Entwickeln des Resistfilms (801) zur Bildung eines Resist-Schutzabschnitts (802) mit einem darin enthaltenen winzigen Streukörper; und Belassen des einen winzigen Streukörpers und Entfernen der anderen winzigen Streukörper unter Verwendung des Resist-Schutzabschnitts (802), der durch den Schritt des Belichtens und Entwickelns des Resists gebildet wurde.
  2. Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Bildung der Apertur die folgenden Schritte enthält: Bilden eines lichtabschirmenden Films (901) an der Seite des Substrats (601), an der die winzigen Streukörper (706) gebildet sind; und Bilden der Apertur (502) durch Entfernen des Resist-Schutzabschnitts (802).
  3. Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Bildung der Apertur (502) die folgenden Schritte enthält: Bearbeiten des Substrats (601) durch Ausdünnen von Teilen des Substrats (601), die nicht von dem Resist-Schutzabschnitt (802) bedeckt sind; Bilden eines lichtabschirmenden Films (901) an der Seite des Substrats (601), an der die winzigen Streukörper (706) gebildet sind; und Bilden der Apertur (501) durch Entfernen des Resist-Schutzabschnitts (802).
  4. Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Größe des Resist-Schutzabschnitts (802) größer als die Größe des winzigen Streukörpers (603) und kleiner als die Summe der Größe des winzigen Streukörpers (603) und des Abstands der periodisch platzierten winzigen Streukörper (706) ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines lichterzeugenden Nahfeld-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der winzige Streukörper (603) aus Gold, Silber, Kupfer oder Platin besteht.
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