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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Ausleger zum Beobachten
einer Form einer Probe unter Verwendung der Atomkraft zwischen Substanzen
und zum Messen der optischen Eigenschaften in einer sehr kleinen
Fläche,
und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Gegenwärtig werden
gemäß einem
Nahfeldmikroskop vom Rastertyp (in der Folge mit SNOM abgekürzt) optische
Eigenschaften oder eine Form einer Probe gemessen, indem eine Sonde,
die ein optisches Medium umfasst, dessen vorderes Ende zugespitzt
ist, an eine Probe angenähert
wird, die durch eine Wellenlänge
von Licht oder kleiner gemessen werden soll. Als eine Vorrichtung
wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, in der ein vorderes Ende der
optischen Fasersonde in linearer Form, die vertikal relativ zu einer
Probe gehalten wird, horizontal relativ zu einer Oberfläche der
Probe vibriert wird, die Erfassung einer Änderung in einer Amplitude
der Vibration, die durch Scherkraft zwischen der Oberfläche der Probe
und dem vorderen Ende der Sonde verursacht wird, durch Ausstrahlen
eines Laserstrahls zu dem vorderen Ende der Sonde und die Erfassung
einer Änderung
in deren Schatten durchgeführt
wird, und ein Intervall zwischen dem vorderen Ende der Sonde und
der Oberfläche
der Probe konstant gehalten wird, indem die Probe durch einen Feinbewegungsmechanismus
so bewegt wird, dass die Amplitude konstant wird, wodurch eine Form
der Oberfläche aus
einer Stärke
eines Signals erfasst wird, das in den Feinbewegungsmechanismus
eingegeben wird, und die optischen Eigenschaften der Probe gemessen
werden.
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Ferner
wurde ein Nahfeldatomkraftmikroskop vom Rastertyp vorgeschlagen,
das eine optische Fasersonde in der Form eines Hakens als Ausleger eines
Atomkraftmikroskops (in der Folge mit AFM abgekürzt) verwendet, um dadurch
einen AFM-Betrieb auszuführen, und
gleichzeitig einen Laserstrahl von einem vorderen Ende der optischen
Fasersonde auf eine Probe strahlt, um dadurch eine Form einer. Oberfläche der
Probe zu erfassen und deren optische Eigenschaften zu messen (Japanische
Patentauslegeschrift Nr. 174542/1995). 10 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine optische Fasersonde eines herkömmlichen
Beispiels zeigt.
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Gemäß der optischen
Fasersonde wird eine optische Faser 501 verwendet und die
optische Faser 501 ist von einer Metallfilmbeschichtung 502 umgeben.
Ferner ist ein Nadelabschnitt 503 zugespitzt und ein vorderes
Ende des Nadelabschnitts 503 ist mit einer Apertur 504 versehen.
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Übrigens
wird gemäß dem AFM,
das als Mittel zum Beobachten einer Form einer sehr kleinen Fläche verwendet
wird, allgemein ein Mikroausleger aus Silizium oder Siliziumnitrid
verwendet, der durch einen Siliziumprozess hergestellt wird. Der
Mikroausleger, der im AFM verwendet wird, ist mit hoher Resonanzfrequenz,
ausgezeichneter Massenproduktionsleistung und geringer Formdispersion
bereitgestellt, und daher ist der Mikroausleger dadurch gekennzeichnet,
dass mechanische Eigenschaften, wie Federkonstante, Resonanzfrequenz
und dergleichen, gleichförmig
sind.
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Bei
Beobachtungen durch SNOM und AFM muss zur Ausführung einer Rasterkontrolle
bei hoher Geschwindigkeit die Resonanzfrequenz der optischen Fasersonde
hoch sein, während
zur Messung einer weichen Probe, wie einer Probe eines Organismus,
der eines der Beobachtungsobjekte eines SNOM ist, ohne die Probe
zu beschädigen,
die Federkonstante der optischen Fasersonde verringert werden muss.
Gemäß der optischen
Fasersonde jedoch wird die optische Fasersonde an sich als Federmaterial
des Auslegers verwendet und daher ist es schwierig, gleichzeitig
die Resonanzfrequenz zu erhöhen
und die Federkonstante zu verringern, und es stellt sich das Problem,
dass es schwierig ist, eine weiche Probe bei hoher Geschwindigkeit
zu beobachten, ohne die Probe zu beschädigen.
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Ferner
wird die optische Fasersonde durch einen manuellen Vorgang in vielen
Schritten mit der optischen Faser als Material hergestellt, und
es stellt sich das Problem, dass die Massenproduktionsleistung gering
ist und es schwierig ist, ihre Form gleichförmig zu machen, wie zum Beispiel
einen Durchmesser des vorderen Endes oder einen Winkel des vorderen
Endes.
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Somit
wurde die Erfindung angesichts des Vorhergesagten ausgeführt, und
es ist eine ihrer Aufgaben, einen optischen Ausleger bereitzustellen,
der ein optischer Ausleger für
ein SNOM ist, das Licht auf eine sehr kleine Apertur ausstrahlt
und/oder von dieser erfasst, eine ausgezeichnete Massenproduktionsleistung
und Gleichförmigkeit
aufweist, und imstande ist, sogar eine weiche Probe bei hoher Geschwindigkeit
zu beobachten, ohne die Probe zu beschädigen, sowie ein Verfahren
zu dessen Herstellung.
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JP 08 334 521 beschreibt
einen optischen Ausleger mit einer Sondenspitze, die aus Siliziumnitrid
besteht, die in einem Loch gebildet ist, das den Auslegerabschnitt
durchdringt. Ein lichtabschirmender Film ist an dem zugespitzten
vorderen Ende der Sondenspitze angebracht, das von dem Auslegerabschnitt
wegweist. Eine Apertur ist in dem lichtabschirmenden Film an dem
zugespitzten vorderen Ende der Sondenspitze gebildet. Die Fläche der
Sondenspitze, die dem zugespitzten vorderen Ende gegenüberliegt,
ist flach und liegt in einer Ebene mit der Oberfläche des
Auslegers.
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JP 08 166 390 beschreibt
einen weiteren optischen Ausleger. Die Sondenspitze wird durch eine Materialschicht
gebildet, die an einer Seite eines Auslegermaterials aufgetragen
wird. Ein Loch in dem Auslegermaterial wird somit mit dem Sondenspitzenmaterial
gefüllt,
so dass die Sondenspitze in einem Loch gebildet ist, das den Auslegerabschnitt
durchdringt. Ein lichtabschirmender Film wird auf das zugespitzte
vordere Ende der Sondenspitze aufgebracht, das von dem Auslegerabschnitt
wegweist. Eine Apertur wird gebildet, die den lichtabschirmenden
Film und die Sondenspitze durchdringt. Die Fläche der Sondenspitze, die dem
zugespitzten vorderen Ende gegenüberliegt,
hat die Form eines Trichters, wobei dieser Trichter auch in der
Schicht vorhanden ist, die aus dem Material der Sondenspitze besteht.
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Offenbarung
der Erfindung
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Zum
Lösen der
zuvor beschriebenen Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung
ein optischer Ausleger bereitgestellt, umfassend:
einen Basisabschnitt,
einen
ersten Auslegerabschnitt, der vom Basisabschnitt absteht und ein
Loch aufweist, das den ersten Auslegerabschnitt durchdringt;
ein
dielektrisches Element, das in dem Loch gebildet ist, das den ersten
Auslegerabschnitt durchdringt, und von dem ersten Auslegerabschnitt
an einer Seite absteht, die dem Basisabschnitt gegenüberliegt,
wobei das dielektrische Element ein zugespitztes vorderes Ende aufweist;
einen
lichtabschirmenden Film, der eine Außenfläche des vorstehenden dielektrischen
Elements bedeckt; und
eine sehr kleine Apertur, die in dem
lichtabschirmenden Film an dem zugespitzten vorderen Ende des vorstehenden
dielektrischen Elements gebildet ist.
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Eine
Oberfläche
des dielektrischen Elements an einer Seite, die dem zugespitzten
vorderen Ende des dielektrischen Elements gegenüberliegt, ist mit einer vertieften
Form bereitgestellt, wobei sich die vertiefte Form vollständig in
dem Loch befindet.
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Daher
kann gemäß dem optischen
Ausleger des Aspekts der Erfindung Licht von der sehr kleinen Apertur
auf die Probe gestrahlt werden, indem das Licht von der Seite einfällt, die
dem zugespitzten vorderen Ende des dielektrischen Elements gegenüberliegt.
Ferner kann Licht durch die sehr kleine Apertur erfasst werden.
Ferner können
gemäß dem optischen
Ausleger des Aspekts der Erfindung die Resonanzfrequenz und Federkonstante
durch Dimensionen des Auslegerabschnitts eingestellt werden, und daher
kann eine hohe Resonanzfrequenz und kleine Federkonstante bereitgestellt
werden, und eine weiche Probe kann bei hoher Geschwindigkeit beobachtet
werden, ohne die Probe zu beschädigen.
Ferner ist der optische Ausleger gemäß dem Aspekt der Erfindung
mit einer ähnlichen
Form wie ein Ausleger eines AFM bereitgestellt, mit einem Basisabschnitt
und einem Auslegerabschnitt, der von dem Basisabschnitt absteht,
und daher kann die gesamte Technologie des AFM effektiv angewendet
werden, und es ist einfach, damit umzugehen.
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Ferner
wird gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
optischen Auslegers bereitgestellt, umfassend:
einen Schritt
zum Bilden eines Auslegerabschnitts in einem Substrat,
einen
Schritt zum Bilden eines Lochs, so dass es den Auslegerabschnitt
durchdringt;
einen Schritt zum Abscheiden eines dielektrischen Elements
in dem Loch;
einen Schritt zum Bilden eines zugespitzten vorderen Endes
in dem dielektrischen Element;
einen Schritt zum Abscheiden
eines lichtabschirmenden Films auf dem zugespitzten dielektrischen
Element und zum Bilden einer sehr kleinen Apertur an dem zugespitzten
vorderen Ende; und
gekennzeichnet durch:
einen Schritt
zum Bilden einer Vertiefung in dem dielektrischen Element an einer
Seite, die dem zugespitzten vorderen Ende gegenüberliegt, so dass sich die
Vertiefung vollständig
in dem Loch befindet.
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Daher
kann der optische Ausleger der Erfindung durch einen Siliziumprozess
gebildet werden, und die herkömmliche
Halbleiterherstellungstechnologie und die Technologie zur Herstellung
des Auslegers des AFM können
effektiv angewandt werden, die in der Massenproduktionsleistung
und Gleichförmigkeit
ausgezeichnet sind.
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Mit
der Vertiefung in dem dielektrischen Element, die an einer Seite
gegenüber
dem zugespitzten vorderen Ende gebildet ist, tritt eingeleitetes
Licht, das von dem dielektrischen Element an der Seite gegenüber dem
zugespitzten vorderen Ende des dielektrischen Elements reflektiert
wird, nicht aus, und das S/N-Verhältnis in der Messung durch
das SNOM kann erhöht
werden.
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Ferner
wird gemäß dem optischen
Ausleger der Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung des optischen
Auslegers ein Schritt zum Einstellen einer Dicke des Auslegerabschnitts
durch Ausdünnen
des Auslegerabschnitts von einer Abscheidungsrichtung des dielektrischen
Elements bereitgestellt, wodurch die Höhe des dielektrischen Elements
mit dem zuge spitzten vorderen Ende vergrößert werden kann, und die Bobachtung
einer Probe mit einer großen
stufenförmigen
Differenz und die Beobachtung in einer Lösung können leicht ausgeführt werden.
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Ferner
ist der optische Ausleger der Erfindung durch einen optischen Ausleger
dargestellt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Ausleger für einen
optischen Hebel aufweist, der mit dem Auslegerabschnitt an der Seite,
die dem zugespitzten dielektrischen Element relativ zu einem Hebeldrehpunkt
des Auslegerabschnitts gegenüberliegt,
integral gebildet ist. Daher können
durch Ausstrahlen eines Laserstrahls des optischen Hebels zu dem
Ausleger für
einen optischen Hebel Licht zum Beobachten der optischen Eigenschaften
der Probe und Licht zum Messen der Verschiebung des Auslegers voneinander
getrennt werden, und daher kann das S/N-Verhältnis bei der Beobachtung durch
das SNOM erhöht
werden. Ferner kann, indem die Länge des
Auslegers für
den optischen Hebel größer als
die Länge
des Auslegerabschnitts eingestellt wird, die Empfindlichkeit in
der Messung der Verschiebung des Auslegers erhöht werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine Konstruktion des optischen Auslegers
gemäß Beispiel
1 zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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2 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine Konstruktion eines Rastersondenmikroskops
zeigt, das mit dem optischen Ausleger gemäß Beispiel 1 montiert ist.
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3 ist
eine Konstruktionsansicht, die ein anderes Beispiel eines Verfahrens
zum Einleiten von Licht in den optischen Ausleger gemäß Beispiel
1 zeigt.
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4 ist
eine erklärende
Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des optischen Auslegers gemäß Beispiel
1 zeigt.
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5 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine Konstruktion eines optischen
Auslegers gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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6 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine Konstruktion eines optischen
Auslegers gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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7 ist
eine erklärende
Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des optischen Auslegers gemäß 6 zeigt.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Konstruktion eines optischen
Auslegers zeigt.
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9 ist
eine Schnittansicht eines Auslegerabschnitts, die die Konstruktion
des optischen Auslegers gemäß 8 zeigt.
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10 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine optische Fasersonde gemäß einem
herkömmlichen
Beispiel zeigt.
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1 bis 4 bilden
nicht Teil der vorliegenden Erfindung, sondern dienen nur der Veranschaulichung.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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[Beispiel 1]
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1 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine Konstruktion eines optischen
Auslegers 1000 gemäß Beispiel
1 zeigt. Der optische Auslegers 1000 ist durch einen Basisabschnitt 1,
einen Auslegerabschnitt 2, der von dem Basisabschnitt 2 absteht,
einem Lichteinleitungsabschnitt 7a, der in einer Nähe eines
vorderen Endes des Auslegerabschnitts 2 gebildet ist, einen
Lichtfortpflanzungsabschnitt 5, der den Auslegerabschnitt 2 von
dem Lichteinleitungsabschnitt 7a durchdringt, eine Lichtfortpflanzungsspitze 3 in
konischer Form und mit einer sehr kleinen Apertur 4, die
an einem vorderen Ende der Lichtfortpflanzungsspitze 3 gebildet
ist, gebildet. Zumindest die sehr kleinen Apertur 4 und
die Lichtfortpflanzungsspitze 3 sind mit einem lichtabschirmenden
Film 6 bedeckt.
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Eine
Länge,
eine Breite und eine Dicke des Auslegerabschnitts 2 sind
zum Beispiel 200 Mikrometer, 50 Mikrometer beziehungsweise 5 Mikrometer.
Eine Höhe
der Lichtfortpflanzungsspitze 3 ist zum Beispiel 10 Mikrometer.
Ferner ist die Lichtfortpflanzungsspitze 3 in einer Form
eines kreisförmigen
Kegels oder einer Pyramide gebildet, ein Krümmungsradius ihres vorderen
Endes ist zum Beispiel mehrere 10 Nanometer, und eine Grö0e der sehr
kleinen Apertur 4 ist zum Beispiel 100 Nanometer. Ein Durchmesser
des Lichteinleitungsabschnitts 7a ist zum Beispiel 30 Mikrometer.
Ein Durchmesser des Lichtfortpflanzungsabschnitts 5 ist
derselbe wie der Durchmesser des Lichteinleitungsabschnitts 7a,
der zum Beispiel 30 Mikrometer beträgt, und eine Dicke des Lichtfortpflanzungsabschnitts 5 ist
dieselbe wie die Dicke des Auslegerabschnitts 2, die zum
Beispiel 5 Mikrometer beträgt.
Eine Dicke des lichtabschirmenden Films 6 ist zum Beispiel
200 Nanometer. Der Basisabschnitt 1 und der Auslegerabschnitt 2 bestehen
zum Beispiel aus Silizium und Quarz. Der Lichtfortpflanzungsabschnitt 5 und
die Lichtfortpflanzungsspitze 3 können aus einem dielektrischen
Element, wie Siliziumdioxid oder Polymid, gebildet sein, oder können Hohlräume sein.
Ferner wird ein Metall reflektierendes Licht, wie Aluminium oder
Gold, für den
lichtabschirmenden Film 6 verwendet.
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2 ist
eine Konstruktionsansicht, die ein Rastersondenmikroskop 10000 zeigt,
das mit dem optischen Ausleger 1000 gemäß der Ausführungsform 1 montiert ist.
In diesem Fall wird der Einfachheit wegen ein Fall erklärt, in dem
der optische Ausleger 1000 durch einen Kontaktmodus kontrolliert
wird. Das Rastersondenmikroskop 10000 ist mit dem optischen
Ausleger 1000 bereitgestellt, der in 1 dargestellt
ist, einer Lichtquelle 101 zum Messen optischer Informationen,
einer Linse 102, die vor einer Lichtquelle 101 angeordnet
ist, einer optischen Faser 103 zum Fortpflanzen von Licht,
das durch die Linse 102 fokussiert wird, zu dem optischen
Ausleger 1000, einem Prisma 111, das unter einer
Probe 110 angeordnet- ist, um fortgepflanztes Licht, das
an dem vorderen Ende der Lichtfortpflanzungsspitze erzeugt wird,
zu reflektieren, einer Linse 114 zum Fokussieren fortgepflanzten
Lichts, das von dem Prisma 111 reflektiert wird, und einem
Lichterfassungsabschnitt 109 zum Aufnehmen fokussierten,
fortgepflanzten Lichts.
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Ferner
sind über
dem optischen Ausleger 1000 ein Laseroszillator 104 zum
Ausgeben eines Laserstrahls, ein Spiegel 105 zum Reflektieren
eines Laserstrahls, der von dem Auslegerabschnitt 2 des optischen
Auslegers 1000 reflektiert wird, und ein photoelektrischer
Umwandlungsabschnitt 106, der nach oben und nach unten
zweigeteilt ist, zum Aufnehmen und photoelektrischen Umwandeln eines
reflektierten Laserstrahls, bereitgestellt. Ferner sind ein Grobbewegungsmechanismus 113 und
ein Feinbewegungsmechanismus 112 zur Steuerung der Bewegung
der Probe 110 und des Prismas 111 in XYZ-Richtungen,
ein Servomechanismus 107 zum Antreiben des Grobbewegungsmechanismus 113 und
des Feinbewegungsmechanismus 112 und ein Computer 108 zum
Steuern der gesamten Vorrichtung bereitgestellt.
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Anschließend wird
der Betrieb des Rastersondenmikroskops 10000 erklärt. Ein
Laserstrahl, der von dem Laseroszillator 104 ausgestrahlt
wird, wird von einer oberen Seite des Auslegerabschnitts 2 des
optischen Auslegers 1000 reflektiert. Wenn die sehr kleine
Apertur 4 und eine Oberfläche der Probe 110 einander
näher kommen,
wird der Auslegerab schnitt 2 des optischen Auslegers 1000 durch
die Anziehungskraft oder Abstoßungskraft
zwischen der sehr kleinen Apertur 4 und der Probe 110 gebogen. Daher
wird ein optischer Pfad des reflektierten Laserstrahls geändert und
die Änderung
wird von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt 106 erfasst.
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Ein
Signal, das von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt 106 erfasst
wird, wird zu dem Servomechanismus 107 geleitet. Der Servomechanismus 107 steuert
den Grobbewegungsmechanismus 113 und den Feinbewegungsmechanismus 112 auf
der Basis des Signals, das von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt 106 erfasst
wird, so dass eine Annäherung
des optischen Auslegers 1000 relativ zu der Probe 110 und
die Biegung des optischen Auslegers bei der Beobachtung der Oberfläche konstant
werden. Der Computer 108 empfängt Informationen über eine
Form der Oberfläche
von einem Steuersignal des Servomechanismus 107.
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Ferner
wird Licht, das von der Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird,
durch die Linse 102 fokussiert und erreicht die optische
Faser 103. Licht, das durch die Innenseite der optischen
Faser 103 gegangen ist, wird zu dem Lichteinleitungsabschnitt
des optischen Auslegers 1000 als einfallendes Licht geleitet
und von der sehr kleinen Apertur auf die Probe 110 gestrahlt.
Unterdessen werden optischen- Informationen der Probe 110,
die von dem Prisma 111 reflektiert werden, durch die Linse 114 fokussiert
und in den Lichterfassungsabschnitt 109 geleitet. Ein Signal
des Lichterfassungsabschnitts 109 wird über eine analoge Eingabeschnittstelle
des Computers 108 ermittelt und von dem Computer 108 als
optische Informationen erfasst.
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Ferner
kann gemäß dem Rastersondenmikroskop 10000 als
Verfahren zum Steuern einer Distanz zwischen der Probe und der Lichtfortpflanzungsspitze 3 eine
Beobachtung auch durch einen dynamischen Modus durchgeführt werden,
in dem der optische Ausleger 1000 der Probe in einem erregten
Zustand genähert
wird und der Feinbewegungsmechanismus 113 und der Feinbewegungsmechanismus 112 durch
den Servomechanimus 107 so gesteuert werden, dass eine
Amplitude des Auslegers konstant wird.
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3 ist
eine Konstruktionsansicht, die ein anderes Beispiel eines Verfahrens
zum Einleiten von Licht in den optischen Ausleger 1000 gemäß Ausführungsform
1 zeigt. Beim Einleiten von Licht in den optischen Ausleger 1000 kann
Licht, anders als bei dem Verfahren, das unter Bezugnahme auf 2
erklärt
wurde, wie durch 3 dargestellt ist, direkt in
den Lichteinleitungsabschnitt 7a durch die Lichtquelle 101 zum
Messen optischer Informationen geleitet werden, wobei die Linse 102 vor
der Lichtquelle 101 angeordnet ist.
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Obwohl
gemäß dem Vorhergesagten
ein Fall erklärt
wurde, dass die Probe durch einen Beleuchtungsmodus beobachtet wird,
in dem Licht von der sehr kleinen Apertur 4 ausgestrahlt
wird, kann gemäß dem Rastersondenmikroskop 10000 die
Probe auch durch einen Sammelmodus zum Erfassen von Licht an der
sehr kleinen Apertur des optischen Auslegers 1000 gemessen
werden, indem ein optischer Detektor anstelle der Lichtquelle 101 zum
Messen optischer Informationen in 2 und 3 angeordnet wird.
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4 zeigt
Ansichten, die ein Beispiel von Schritten in der Herstellung des
optischen Auslegers 1000 gemäß Beispiel 1 zeigen. 4(A) zeigt ein Substrat 11. Ferner
ist in der Folge eine obere Fläche des
Substrats 11 als deren Oberfläche definiert, und eine untere
Fläche
desselben ist als Rückfläche definiert.
Das Substrat 11 besteht zum Beispiel aus Silizium oder
Quarz.
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4(B) zeigt einen Schritt zum Bilden des Auslegerabschnitts
und eines Lochs, das den Auslegerabschnitt durch dringt. Eine Ätzmaske 12 umfasst Siliziumdioxid,
ein Photoresist oder dergleichen. Der Auslegerabschnitt und das
Loch, das den Auslegerabschnitt durchdringt, können durch Bilden der Ätzmaske 12 unter
Verwendung der Photolithographie und anschließende Herstellung des Auslegerabschnitts
und des Lochs durch anisotropes Trockenätzen, beginnend mit reaktivem
Ionenätzen,
gebildet werden.
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4(C) zeigt einen Schritt zum Abscheiden eines
dielektrischen Elements 13 zur Bildung der Lichtfortpflanzungsspitze.
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Nach
dem Schritt, der durch 4(B) dargestellt
ist, wird ein dielektrisches Element, wie Siliziumdioxid, Polyimid
oder dergleichen, auf der Oberfläche des
Substrats 11 durch einen Plasmagasphasensynthetisierungsprozess
oder Rotationsbeschichtung abgeschieden.
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4(D) zeigt einen Schritt zur Bildung der Lichtfortpflanzungsspitze.
Ein konischer Abschnitt der Lichtfortpflanzungsspitze wird durch
Bilden einer Maske an einem Abschnitt auf dem dielektrischen Element
gebildet, der durch den vorangehenden Schritt abgeschieden wurde,
um die Lichtfortpflanzungsspitze durch Photolithographie und anschließendes isotropes
Trockenätzen
oder isotropes Nassätzen
zu bilden.
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4(E) zeigt einen Schritt zum Abscheiden eines
lichtabschirmenden Films 14 und Bilden der sehr kleinen
Apertur. Der lichtabschirmende Film 14 wird auf der Oberfläche des
Substrats 11 durch Sputtern oder Vakuumabscheidung gebildet.
Danach wird der lichtabschirmende Film 14 an dem vorderen Ende
der Lichtfortpflanzungsspitze durch Trockenätzen oder Nassätzen entfernt
und die sehr kleine Apertur gebildet.
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4(F) zeigt einen Schritt zum Trennen des
optischen Auslegers 1000 von dem Substrat 11. Der
optische Ausleger 1000 kann von dem Substrat 11 durch
anisotropes Nassätzen
oder anisotropes Trockenätzen
von der Rückfläche des
Substrats 11 getrennt werden und gleichzeitig kann der
Lichteinleitungsabschnitt gebildet werden. Wenn ferner der Lichtfortpflanzungsabschnitt
und die Lichtfortpflanzungsspitze Hohlräume sind, werden nach dem Schritt
4(F) Abschnitte, die der Lichtfortpflanzungsspitze und dem Lichtfortpflanzungsabschnitt
entsprechen, durch Trockenätzen
oder Nassätzen
entfernt.
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Der
optische Ausleger 1000, der durch die zuvor beschriebenen
Schritte hergestellt wurde, kann Licht, das durch die Lichtfortpflanzungsspitze 3 gegangen
ist, von der sehr kleinen Apertur 4 zu der Probe ausstrahlen,
indem Licht von dem Lichteinleitungsabschnitt 7a, der in 1 und 3 dargestellt ist,
eingeleitet wird. Ferner kann der optische Ausleger 1000 als
optischer Ausleger des Rastersondenmikroskops betrieben werden,
wie in 2 dargestellt ist. Ferner kann durch Bilden der
Form des Auslegerabschnitts 2 des optischen Auslegers 1000 mit einer
Länge von
100 bis 1000 Mikrometern, einer Breite von 20 bis 100 Mikrometern
und einer Dicke von 2 bis 10 Mikrometern die Federkonstante und
die Resonanzfrequenz des Auslegerabschnitts 2 in einem
Bereich von 0,1 bis 50 N/m (Newton/Meter) beziehungsweise 10 bis
300 kHz (KiloHertz) eingestellt werden, und selbst eine weiche Probe
kann bei hoher Geschwindigkeit gemessen werden, ohne die Probe zu
beschädigen.
Ferner kann der optische Ausleger 1000 unter Verwendung
eines Halbleiterprozesses hergestellt werden und daher kann der
optische Ausleger 1000 mit einer ausgezeichneten Massenproduktionsleistung
und Gleichförmigkeit
hergestellt werden. Ferner ist der optische Ausleger 1000 mit
einer ähnlichen
Form wie jener des herkömmlichen AFM
bereitgestellt und ist daher einfach handzuhaben.
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Wenn
ferner der Lichtfortpflanzungsabschnitt 5 und die Lichtfortpflanzungsspitze 3 mit
einem dielektrischen Element gefüllt
sind, wird das einfallende Licht, abhängig von der Wellenlänge des einfallenden
Lichts, von dem dielektrischen Element absorbiert. Wenn jedoch der
Lichtfortpflanzungsabschnitt 5 und die Lichtfortpflanzungsspitze 3 Hohlräume sind,
kann die Absorption in der Atmosphäre oder im Vakuum vernachlässigt werden
und daher kann ein weiter Wellenlängenbereich gewählt werden,
der für
das einfallende Licht verwendet werden kann.
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5 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine Konstruktion eines optischen
Auslegers 3000 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Der optische Ausleger 3000 ist dadurch
gekennzeichnet, dass ein Lichteinleitungsabschnitt 7c mit
einer Form bereitgestellt ist, die von dem Auslegerabschnitt 2 vertieft
ist. Eine stufenförmige
Differenz an dem vertieften Abschnitt des Lichteinleitungsabschnitts 7c ist zum
Beispiel 10 bis 50 Mikrometer. Andere Elemente, die den optischen
Ausleger 3000 bilden, sind ähnlich jenen in Beispiel 1.
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Der
optische Ausleger 3000 gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung kann ähnlich
wie der optische Ausleger 1000 des Rastersondenmikroskops 10000 verwendet
werden, der in 2 dargestellt ist.
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Ferner
kann der optische Ausleger 3000 gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung durch Schritte ähnlich
jenen in dem Verfahren zur Herstellung des optischen Auslegers 1000 hergestellt
werden, das in 4 dargestellt ist. Der vertiefte
Abschnitt an dem Lichteinleitungsabschnitt 7c des optischen
Auslegers 2000 wird gebildet, indem ein Abschnitt, der
den Lichtfortpflanzungsabschnitt 5 bildet, einer weiteren
Trockenätzung
von der Seite des Basisabschnitts 1 nach dem Schritt unterzogen
wird, der in 4(f) dargestellt ist.
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Da
der Lichteinleitungsabschnitt 7c an einer Position angeordnet
ist, die von dem Auslegerabschnitt 2 vertieft ist, kann
verhindert werden, dass das reflektierte Licht von Licht, das in
den optischen Ausleger 3000 geleitet wird, zu einem anderen
Abschnitt austritt, und das S/N-Verhältnis in
der Messung kann erhöht
werden.
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6 ist
eine Konstruktionsansicht, die eine Konstruktion eines optischen
Ausleger 4000 zeigt. Der optische Ausleger 4000 ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Lichtfortpflanzungsspitze 3 zum
Beispiel 20 Mikrometer beträgt,
und mit einer ausreichend großen
Höhe im
Vergleich zu jener des optischen Auslegers der vorangehenden Ausführungsform
bereitgestellt ist. Ein Lichteinleitungsabschnitt 7 wird
durch die Form der Ausführungsform gebildet.
Andere Elemente des optischen Auslegers 4000 sind ähnliche
jenen der optische Ausleger von Beispiel 1 und der Ausführungsform.
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Ferner
kann der optische Ausleger ähnlich wie
der optische Ausleger 1000 des Rastersondenmikroskops 10000 verwendet
werden, der in 2 dargestellt ist.
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7 zeigt
Ansichten, die ein Beispiel von Schritten zur Herstellung des optischen
Auslegers 4000 gemäß Beispiel
4 zeigen. 7(A) zeigt das Substrat 11.
Ferner ist in der Folge die obere Fläche des Substrats 11 als
die Vorderfläche
definiert und die untere Fläche
ist als die Rückfläche definiert.
Das Substrat 11 besteht zum Beispiel aus Silizium oder Quarz.
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7(B) zeigt einen Schritt zum Bilden des Auslegerabschnitts 2 und
eines Lochs, das den Auslegerabschnitt 2 durchdringt. Die Ätzmaske 12 umfasst
Siliziumdioxid oder ein Photoresist. Der Auslegerabschnitt und das
Loch, das den Auslegerabschnitt durchdringt, können durch Bilden der Ätzmaske 12 unter
Verwendung der Photolithographie und anschließendes Herstellen des Auslegerabschnitts und
des Lochs durch anisotropes Ätzen,
beginnen mit reaktivem Ionenätzen,
gebildet werden.
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Eine
hergestellte Tiefe ist bei dieser Gelegenheit ausreichend tief im
Vergleich zu jener im Fall von Beispiel 1. Wenn ferner ein Lichteinleitungsabschnitt
des optischen Auslegers 4000 in einer vorstehenden Form
gebildet ist, wird eine Bodenfläche
des Lochs, das den Auslegerabschnitt 2 durchdringt, in einer
vertieften Form gebildet.
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7(C) zeigt einen Schritt zum Abscheiden des
dielektrischen Elements 13, das die Lichtfortpflanzungsspitze
bildet. Nach dem Schritt, der in 7(B) dargestellt
ist, wird ein dielektrisches Element, aus Siliziumdioxid, Polyamid
oder dergleichen, auf der Oberfläche
des Substrats 11 durch einen Plasmagasphasensynthetisierungsprozess
oder Rotationsbeschichtung abgeschieden.
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7(D) zeigt einen Schritt zum Bilden der Lichtfortpflanzungsspitze.
Die zugespitzte Lichtfortpflanzungsspitze wird durch isotropes Trockenätzen oder
isotropes Nassätzen
gebildet.
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7(E) zeigt einen Schritt zum Zuspitzen der
Lichtfortpflanzungsspitze. Die Lichtfortpflanzungsspitze wird durch
Bedecken von Abschnitten, die nicht die Abschnitte sind, die den
Auslegerabschnitt und den Basisabschnitt bilden, mit einer Maske 16 und
Ausdünnen
des Substrats 11 durch Trockenätzen oder Nassätzen gebildet.
Durch den Schritt kann die Lichtfortpflanzungsspitze mit einer ausreichend
großen
Höhe im
Vergleich zu jener im Fall von Beispiel 1 bereitgestellt werden.
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Danach
sind ein Schritt zum Abscheiden des lichtabschirmenden Films und
zum Bilden der sehr kleinen Apertur und ein Schritt zum Trennen
des optischen Auslegers 4000 von dem Substrat 11 dieselben
wie die Schritte, die unter Bezugnahme auf 4(E) und 4(F) von Beispiel 1 erklärt wurden. Ferner
ist ein Schritt zum Bilden des Lichteinleitungsabschnitts des optischen
Auslegers 4000 in der vertieften Form derselbe wie der
Schritt der in der beschriebenen Ausführungsform erklärt wurde.
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Gemäß dem optischen
Ausleger 4000, der in Beispiel 2 erklärt ist, kann, anders als in
Beispiel 1 und der Ausführungsform
erklärt
ist, eine Probe mit einer großen
stufenförmigen
Differenz gemessen werden, da die Höhe der Licht fortpflanzungsspitze 3 bis
zu 20 bis 200 Mikrometer groß sein
kann. Da ferner gemäß dem optischen
Ausleger 4000 die Höhe der
Lichtfortpflanzungsspitze 3 groß ist, kann bei der Beobachtung
in einer Lösung
nur die Lichtfortpflanzungsspitze 3 mit einer Form eines
Prismas oder eines kreisförmigen
Zylinders in die Lösung
eindringen, ohne den Auslegerabschnitt 2 in Form einer Platte
in die Lösung
zu tauchen, und daher wird der Betrieb in der Lösung stabilisiert.
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8 und 9 sind
eine perspektivische Ansicht, die eine Konstruktion eines optischen
Auslegers 5000 zeigt, und eine Schnittansicht seines Auslegerabschnitts.
Der optische Ausleger 5000 ist dadurch gekennzeichnet,
dass er einen Ausleger 23 für einen optischen Hebel und
einen Hebeldrehpunkt 26 hat. Andere Elemente, die den optischen
Ausleger 5000 bilden, sind gleich jenen in Beispiel 1 und
2 und der Ausführungsform.
Ferner ist ein Material des Auslegers 23 für den optischen
Hebel und den Hebeldrehpunkt 26 dasselbe wie jenes eines
Basisabschnitts 21 und eines Auslegerabschnitts 22.
Ferner ist eine Länge
des Auslegers 23 für
einen optischen Hebel zum Beispiel 300 bis 2000 Mikrometer, eine Länge des
Auslegerabschnitts 22 ist zum Beispiel 100 bis 1000 Mikrometer
und der Ausleger 23 für
einen optischen Hebel kann mit der Länge bereitgestellt sein, die
größer als
jene des Auslegerabschnitts 22 ist.
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Der
optische Ausleger 5000 kann ähnlich wie der optische Ausleger 1000 des
Rastersondenmikroskops 10000 verwendet werden, der in 2 dargestellt
ist, und kann sowohl im Kontaktmodus, wie auch im dynamischen Modus
verwendet werden. Es folgt eine Erklärung seines Betriebs im Falle
des Kontaktmodus. Der Laserstrahl, der von dem Laseroszillator 104 ausgestrahlt
wird, wird von einem oberen Abschnitt des Auslegers 23 für einen
optischen Hebel reflektiert. Wenn der Auslegerabschnitt 22 durch
eine Anziehungskraft oder Abstoßungskraft
zwischen dem Auslegerabschnitt 22 und einer Probe verschoben
wird, wird gleichzeitig der Ausleger 23 für einen optischen
Hebel auch mit dem Auslegerdrehpunkt 26 als Basispunkt
verschoben. Daher wird ein optischer Pfad des Laserstrahls, der
von der oberen Fläche des
Auslegers 23 für
einen oberen Hebel reflektiert wird, geändert, und die Änderung
wird daher von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt 106 erfasst.
Der anschließende
Betrieb ist ähnlich
jenem von Beispiel 1 und ein Verfahren zum Erhalten eines optischen
Bildes ist ähnlich
jenem in Beispiel 1.
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Ferner
kann auch im Fall des dynamischen Modus die Form der Oberfläche durch
Ausstrahlen eines Laserstrahls des optischen Hebels zu dem Ausleger 23 für den optischen
Hebel und Steuern des Grobbewegungsmechanismus 113 und
des Feinbewegungsmechanismus 112 durch den Servomechanismus 107 gemessen
werden, so dass eine Amplitude des Auslegers für einen optischen Hebel konstant
wird.
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Ein
Verfahren zur Herstellung des optischen Auslegers 5000 ist ähnlich jenen
in Beispiel 1 und 2 und in der Ausführungsform, mit der Ausnahme,
dass die Form des Auslegers unterschiedlich ist.
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Gemäß dem optischen
Ausleger 5000 in Bezug auf 8 und 9 können, anders
als in Beispiel 1 und 2 und in der Ausfüh rungsform erklärt, Licht
zum Beobachten der optischen Eigenschaften der Probe und der Laserstrahl
für den
optischen Hebel vollständig
voneinander getrennt werden, da der Laserstrahl des optischen Hebels
nicht auf den Auslegerabschnitt 22 gestrahlt wird, und
daher wird das S/N-Verhältnis
bei der Beobachtung durch das SNOM verbessert. Wenn ferner die Länge des
Auslegers 23 für
den optischen Hebel größer als
die Länge
des Auslegerabschnitts 22 ist, wird ein Ausmaß der Verschiebung
des Ausleger 23 für
den optischen Hebel größer als
ein Ausmaß der
Verschiebung des Auslegerabschnitts 22, und daher wird
eine Empfindlichkeit in der Erfassung einer Verschiebung des Auslegers
durch den optischen Hebel verbessert.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
zuvor erklärt,
kann gemäß der Erfindung in
Bezug auf Anspruch 1 der optische Ausleger eine Messung durch SNOM
durchführen,
und ist mit einer Struktur ähnlich
jener eines herkömmlichen
Auslegers eines AFM bereitgestellt und daher wird der optische Ausleger
mit hoher Resonanzfrequenz und kleiner Federkonstante im Vergleich
zu jenen der herkömmlichen
optischen Fasersonde bereitgestellt, und es kann selbst eine weiche
Probe bei hoher Geschwindigkeit gemessen werden.
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Ferner
ist die Fläche
an der Seite gegenüber dem
zugespitzten vorderen Ende des dielektrischen Elements an einer
Position angeordnet, die von dem Auslegerabschnitt vertieft ist,
und daher kann reflektiertes Licht von Licht, das in den optischen
Ausleger geleitet wird, am Austreten zu einem anderen Abschnitt
gehindert werden, und das S/N-Verhältnis in der Messung kann erhöht werden.
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Ferner
muss ein Laserstrahl des optischen Hebels nicht auf den Auslegerabschnitt
gestrahlt werden und daher können
Licht zum Beobachten der optischen Eigenschaften der Probe und ein
Laserstrahl für
den optischen Hebel vollständig
voneinander getrennt werden, und daher wird eine Stabilität in der
Messung durch SNOM verbessert. Ferner ist die Länge des Auslegers für den optischen
Hebel größer als
die Länge
des Auslegerabschnitts, das Ausmaß der Verschiebung des Auslegers
für den
optischen Hebel wird größer als
das Ausmaß der
Verschiebung des Auslegerabschnitts und eine Empfindlichkeit zum
Erfassen der Verschiebung des Auslegers durch den optischen Hebel
wird verbessert.
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Ferner
kann ein Siliziumprozess verwendet werden und daher kann der optische
Ausleger einfach mit ausgezeichneter Massenproduktionsleistung und
Gleichförmigkeit
hergestellt werden.
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Ferner
kann die Höhe
des zugespitzten dielektrischen Elements bis zu 20 bis 200 Mikrometer groß gestaltet
werden und der optische Ausleger, der eine Probe mit einer großen stufenförmigen Differenz messen
kann, kann einfach mit ausgezeichneter Massenproduktionsleistung
und Gleichförmigkeit hergestellt
werden. Ferner ist gemäß dem optischen Ausleger,
der durch das Herstellungsverfahren hergestellt wird, die Höhe des zugespitzten
dielektrischen Elements groß,
und daher tritt bei der Beobachtung in einer Lösung nur die Lichtfortpflanzungsspitze
mit einer Form eines Prismas oder eines kreisförmigen Zylinders in die Lösung ein,
ohne einen Auslegerabschnitt in Form einer Platte in die Lösung zu
tauchen, und daher ist der Betrieb in der Lösung stabilisiert.