DE69936475T2

DE69936475T2 - Nahfeld-Abtastkopf und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69936475T2
Application number: DE69936475T
Authority: DE
Inventors: Kenji Kato; Takashi Niwa; Susumu Ichihara; Norio Chiba; Manabu Oumi; Nobuyuki Kasama; Yasuyuki Mitsuoka
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: DE69941585D1; US8787128B2; EP1580738A1; US8320228B2; DE69940577D1; EP1727138A2; DE69929456D1; US20100128578A1; US7599277B1; EP1816642B1; WO2000028536A1; EP1816642A1; EP1061510B1; JP4094229B2; EP1580738B1; EP1727138B1; DE69929456T2; EP1061510A4; EP1727138A3; US20130114389A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Nahfeldabtastkopf für eine Vorrichtung zum Aufzeichnen und Auslesen von Informationen, welcher Informationen durch Auslesen von strukturellen oder optischen Informationen, die in einem sehr kleinen Bereich ausgebildet sind, und Aufzeichnen von Informationen in einen sehr kleinen Bereich durch die Verwendung von Nahfeldlicht, das durch optische Interaktion in dem sehr kleinen Bereich erzeugt wird, mit hoher Dichte aufzeichnen und auslesen kann.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Die Vorrichtungen zum Aufzeichnen und Auslesen von Informationen, welche Licht verwenden, entwickeln sich zu einer Erhöhung der Kapazität der Kapazität und einer Verkleinerung der Größe, wobei eine Zunahme der Aufzeichnungsbitdichte erforderlich ist. Als eine Gegenmaßnahme gibt es Studien, welche Violetthalbleiterlaser oder eine SIL (massive Immersionslinse nach engl. Solid Immersion Lens) verwenden. Bei diesen Technologien beträgt die zu erwartende Verbesserung aufgrund eines Problems mit der Beugungsgrenze von Licht höchstens ungefähr mehrere Male die gegenwärtige Aufzeichnungsdichte. Im Gegensatz dazu gibt es eine Erwartung hinsichtlich eines Verfahrens zum Aufzeichnen und Auslesen von Informationen, welches Nahfeldlicht als eine Technologie verwendet, welche optische Informationen in einem sehr kleinen Bereich behandelt, der die Lichtbeugungsgrenze überschreitet.
Diese Technologie verwendet Nahfeldlicht, das aufgrund der Interaktion zwischen einem sehr kleinen Bereich und einer optischen Öffnung erzeugt wird, die in einem optischen Nahfeldabtastkopf in einer Größe ausgebildet ist, die kleiner als die Wellenlänge von Licht ist. Dies macht es möglich, optische Informationen in der Region von weniger als einer Lichtwellenlänge als eine Grenze im herkömmlichen optischen System zu behandeln. Die Verfahren zum Auslesen von optischen Informationen umfassen ein Verfahren des Beleuchtens einer Medienoberfläche mit Streulicht, um einen größeren Teil von Nahfeldlicht, das an einer sehr kleinen Markierung lokalisiert wird, durch die Interaktion mit der sehr kleinen Öffnung in Fortpflanzungslicht umzuwandeln (Sammelmodus), und ein Verfahren des Beleuchtens einer Medienoberfläche mit Nahfeldlicht, das durch eine sehr kleine Öffnung erzeugt wird, um dadurch durch einen getrennt bereitgestellten Detektor Streulicht zu erfassen, das durch eine Interaktion mit einer mikroskopisch kleinen Konkav-Konvexen mit Informationen, die auf einer Medienoberfläche aufgezeichnet sind, umgewandelt wurde (Beleuchtungsmodus). Das Aufzeichnen erfolgt durch Beleuchten einer Medienoberfläche mit dem Nahfeldlicht, das von der sehr kleinen Öffnung erzeugt wird, wodurch die Form eines sehr kleinen Bereichs auf dem Medium (Aufzeichnung im Wärmemodus) geändert wird, oder durch Ändern des Brechungsvermögens oder der Durchlässigkeit in einem sehr kleinen Bereich (Aufzeichnung im Photonenmodus). Durch Verwenden dieser optischen Nahfeldabtastköpfe mit der sehr kleinen optischen Öffnung, welche eine Lichtbeugungsgrenze überschreitet, kann eine Zunahme der Aufzeichnungsbitdichte erreicht werden, welche über die herkömmlichen Aufzeichnungs- und Auslesevorrichtungen für optische Informationen hinausgeht.
In solchen Situationen sind die Aufzeichnungs- und Auslesevorrichtungen, welche Nahfeldlicht verwenden, im Allgemeinen fast ähnlich in der Struktur wie die Magnetscheibenvorrichtung und setzen einen optischen Nahfeldabtastkopf anstelle eines Magnetkopfs ein. Der optische Nahfeldabtastkopf mit einer sehr kleinen Öffnung, der an einem Ende eines Tragarms angebracht ist, wird durch eine Technologie des fliegenden Kopfes auf eine bestimmte Höhe bewegt und auf eine beliebige Datenmarkierung, die auf der Scheibe vorhanden ist, heran gelassen. Damit der optische Nahfeldabtastkopf der Hochgeschwindigkeitsdrehung der Scheibe nachfolgt, ist eine Biegefunktion vorgesehen, um die Position zu stabilisieren und der Windung auf der Scheibe gerecht zu werden.
In dem optischen Nahfeldabtastkopf, der auf diese Weise aufgebaut ist, wendet das Verfahren des Zuführens von Licht zur Öffnung Mittel des Verbindens einer Lichtleitfaser von oben direkt mit dem Kopf oder des direkten Beleuchtens des Kopfs mit einem Laser, der über einem Kopf bereitgestellt ist, an.
Außerdem wird anstelle des optischen Nahfeldabtastkopfs eine Lichtleitfasersonde oder eine optische Kragarmsonde, die an einem Öffnungsteil zugespitzt ist, der durch eine Lichtleitfaser ausgebildet ist, die in einem optischen Nahfeldmikroskop gebildet ist, verwendet, um durch eine Interaktion durch einen Tunnelstrom oder eine interatomare Kraft, welche zwischen einer Sonde und einer Medienoberfläche eines Abtastsondenmikroskops bei Beibehalten einer relativen Position zum Medium erzeugt wird, das Aufzeichnen und Auslesen von Informationen zu erreichen.
Indessen gibt es einen Vorschlag des Verwendens einer planaren Sonde mit einer Öffnung mit der Struktur einer umgekehrten Pyramide, die in einem Siliciumsubstrat durch anisotropes Ätzen gebildet wird. Licht trifft von oben auf und wird dann bei der umgekehrten kegelförmigen Pyramide reflektiert, wodurch durch die Öffnung, die an einer Spitze davon vorhanden ist, Nachfeldlicht erzeugt wird. Diese Sonde weist kein zugespitztes Ende auf, wie zuvor erwähnt, und kann infolgedessen als ein optischer Kopf verwendet werden, der zum Aufzeichnen und Auslesen mit hoher Geschwindigkeit geeignet ist.
Wenn jedoch Licht bei einer Struktur, die mit einer Lichtleitfaser verbunden ist, von oben auftrifft, ist eine Lichtleitfaserstruktur in Verbindung zwischen dem Kopf und dem Arm, um dadurch zu verhindern, dass sich der Kopf frei bewegt. Demnach ist der Kopf in Position in Bezug auf die Scheibenbewegung schwer zu steuern. Außerdem macht es der Kopf, der in einer großen Größe strukturiert ist, unmöglich, eine Distanz zwischen der Scheibe und der Öffnung aufrechtzuerhalten. Dies führt zu einer Situation, dass das ausgegebene SN-Verhältnis von optischen Informationen, die auf der Scheibe dargestellt sind, gesenkt wird, wodurch es schwierig gemacht wird, Signale zu lesen und zu schreiben. Indessen schwächt der größere Teil von Licht ab, bevor er die Öffnung erreicht, wodurch es schwierig gemacht wird, genügend Nahfeldlicht von der Öffnung zum Realisieren eines Auslesens mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Außerdem vergrößert die Struktur mit den sich nach oben erstreckenden Fasern die Größe der Vorrichtung selbst und macht es schwierig, die Größe und Dicke davon zu verringern. Zudem werden die Lichtleitfasern eine nach der anderen in den Kopf eingeführt und darauf positioniert, wodurch die Massenproduzierbarkeit unzureichend ist.
Indessen besteht, wenn der Kopf durch einen Laser, der über dem Kopf angeordnet ist, direkt mit einem Signal beleuchtet wird, eine Notwendigkeit, der Hochgeschwindigkeitsbewegung des Kopfes gerecht zu werden, um das Licht zu synchronisieren, das darauf auftreffen soll. Es besteht eine Notwendigkeit des getrennten Bereitstellens einer Struktur, welche sich als Reaktion auf eine Bewegung des Kopfes bewegt, weshalb auf Schwierigkeiten gestoßen wird. Außerdem vergrößert die getrennte Bereitstellung solch einer Struktur die Größe der Vorrichtung selbst, und die Größenreduktion der Aufzeichnungs- und Auslesevorrichtung ist schwierig.
Außerdem sollte, wenn eine Distanz zu einem Medium durch die Interaktion mit einer Medienoberfläche durch die Verwendung einer Lichtleitfasersonde mit einer Lichtleitfaser, die an ihrem Ende zugespitzt ist, oder einer optischen Kragarmsonde, die an ihrem Ende zugespitzt ist, konstant gehalten wird, ein Abtasten erfolgen, während eine Distanz zum Medium jederzeit gesteuert wird. Dies erfordert eine Rückkopplungsvorrichtung dafür und macht es schwierig, die Größe der Aufzeichnungs- und Auslesevorrichtung zu verkleinern. Außerdem gibt es ein Problem bei der Hochgeschwindigkeitsabtastung aufgrund einer Beschränkung der Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungssystems. Zudem weist die Sonde mit dem zugespitzten Ende keine ausreichende mechanische Festigkeit auf und ist infolgedessen nicht dazu geeignet, matrixförmig angeordnet zu werden. Darüber hinaus ist die Intensität des Nahfeldlichts von der Öffnung infolge eines Lichtverlusts an einem Faserende nicht ausreichend. Außerdem wird die Sonde manuell eine nach der anderen hergestellt, und es fehlt ihr an Massenproduzierbarkeit.
Indessen erfordert die planare Sonde, dass Licht von oben auftrifft, und wirft daher ein Problem mit der Zunahme der Größe der Vorrichtung und der Massenproduzierbarkeit oder ein Problem mit der Verringerung in der Biegefunktion auf, wie es bei dem zuvor erwähnten Problem anzutreffen ist.
Außerdem muss die Sondenöffnung in einer Größe ausgebildet werden, die kleiner als eine Wellenlänge von Fortgepflanzungslicht (Laserlicht usw.) ist, um Nahfeldlicht zu erzeugen oder Nahfeldlicht zu streuen. Es ist jedoch schwierig, solch eine Größe (10 Nanometer bis 200 Nanometer) einer Öffnung mit Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu einer gegenständlichen Form und Größe herzustellen.
Zum Beispiel wird bei der planaren Sonde das Ätzen für gewöhnlich zum Bilden einer sehr kleinen Öffnung, die zum Erzeugen oder Streuen von Nahfeldlicht geeignet ist, in einem Siliciumsubstrat durchgeführt. Es gibt Fälle in welchen auf Probleme gestoßen wird, welche die Qualität des Siliciumsubstrats oder die Ungleichmäßigkeit der Ätzlösungskonzentration betreffen.
Was die Qualität des Siliciumsubstrats im ersteren Fall betrifft, wird das periodische Vorhandensein von Siliciumkristallflächen für ein Verfahren des Bildens einer Abschrägung durch anisotropes Ätzen, um ein Loch zu öffnen, welches das Siliciumsubstrat durchdringt, oder ein Verfahren des Bewirkens durch isotropes Ätzen (Hinterätzen) an einer Rückseite des Siliciumsubstrats, dass eine Öffnung auftritt, welche eine Abschrägung bildet, vorausgesetzt. Dies führt zu Nichtätzen in einer Richtung oder mit einer Rate, wie in Bereichen beabsichtigt, welche Kristalldefekte oder Fremdatome enthalten, und verursacht Fehler in der Form oder Größe einer schließlich verfügbaren Öffnung.
Indessen bedeutet das Problem mit der Ungleichmäßigkeit der Ätzlösungskonzentration im letzteren Fall, dass es mehr oder weniger Ungleichmäßigkeit von Konzentration in einer Ätzlösung gibt, und dass solch eine Konzentrationsungleichmäßigkeit einen Bereich auf einem Siliciumsubstrat bewirkt, auf dem Ätzen mit einer hohen Rate fortschreitet und auf dem es mit einer niedrigen Rate fortschreitet, d.h. es treten Bereiche auf, die sich in der Ätzrate unterscheiden, was zum Verursachen von Fehlern in der Form oder Größe einer schließlich erhaltenen Öffnung führt. Solch ein Problem kann insbesondere für einen Fall, in dem eine Vielzahl von planaren Sonden auf einer Siliciumhalbleiterscheibe zu bilden ist, nicht vernachlässigt werden, weshalb es eine Ursache des Herbeiführens einer Verringerung der Ausbeute darstellt.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 549 236 (vergleiche den Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche), die am 30. Juni 1993 veröffentlicht wurde, beschreibt eine Kopfvorrichtung für ein Speichersystem einer optischen Scheibe. Es wird eine Ausführungsform des Kopfes offenbart, bestehend aus einem Substrat, in welchem ein kegelförmiges Loch mit einer Spitze ausgebildet ist, die eine sehr kleine Öffnung bildet. Das kegelförmige Loch wird von einem Lichtfaserwellenleiter eingenommen.
In EP 0 860 726 , das am 26. August 1998 veröffentlicht wurde, wird eine Lichtsonde offenbart, welche ein elastisches Kragarmtragelement umfasst, das auf einem Substrat ausgebildet ist. Eine Spitze für abklingendes Licht ist an einem Abschnitt des freien Endes des elastischen Elements ausgebildet, und ein Metallfilm ist auf dem Abschnitt des freien Endes um die Öffnung herum vorgesehen. Ein Wellenleiter, der auf dem elastischen Element ausgebildet ist, lenkt Licht von einer externen Quelle entlang der Ebene des elastischen Elements, wo es durch ein Beugungsgitter in rechten Winkeln zur Öffnung gelenkt wird.
Das US-Patent 5,770,856 , das am 23. Juni 1998 erteilt wurde, befasst sich mit einem Nahfeldsensor, welcher einstückig auf einem Kragarm getragen wird, der einen optischen Weg definiert, der sich zu einer externen Vorrichtung erstreckt, welche einen optischen Prozessor mitführen kann.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem optischen Nahfeldabtastkopf mit einer sehr kleinen Öffnung zum Erzeugen von Nahfeldlicht einen optischen Nahfeldabtastkopf bereitzustellen, welcher zum Erzeugen von Nahfeldlicht, das ausreichend größer als die Öffnung ist, und Erreichen eines Auslesens und Aufzeichnens mit einer Auflösung imstande ist, eine kompakte Struktur und eine ausgezeichnete Massenproduzierbarkeit aufweist, sowie in einer zweidimensionalen Anordnung matrixförmig angeordnet werden kann und aufgrund einer Bewegung, die einem Medium ohne Behinderung einer Biegefunktion folgt, zum stabilen Aufzeichnen und Auslesen imstande ist, zum Aufzeichnen und Auslesen mit hoher Geschwindigkeit imstande ist und eine reduzierte Größe und Dicke aufweist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu erreichen, weist ein optischer Nahfeldabtastkopf gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Merkmale auf, die in Anspruch 1 dargelegt sind.
Eine Lichtreflexionsschicht zum Reflektieren von Licht ist vorzugsweise auf einem Umfang des Lichtwellenleiters in einem Bereich mit Ausnahme des Vorsprungs ausgebildet.
Demgemäß kann die Struktur des Lichtwellenleiters es möglich machen, dem Vorsprung eine größere Menge von Licht zuzuführen, um Nahfeldlicht zu erzeugen. Ferner kann die Reflexion von Licht durch die Lichteflexionsschicht einem Ende (Vorsprung) des Lichtwellenleiters eine größere Menge von Licht zuführen. Folglich kann die Intensität des Nahfeldlichts, das am mikroskopisch kleinen Vorsprung erzeugt wird, der am Ende ausgebildet ist, erhöht werden. Demnach wird ein optischer Nahfeldabtastkopf bereitgestellt, welcher zwar eine hohe mechanische Festigkeit und eine kompakte Struktur, aber auch eine ausgezeichnete Massenproduzierbarkeit aufweist.
Außerdem kann im optischen Nahfeldabtastkopf gemäß der Erfindung der mikroskopisch kleine Vorsprung die Form einer vierseitigen Pyramide aufweisen.
Demgemäß ist an einem Ende die Region, in der die Breite des Lichtwellenleiters eine kleinere Abmessung als eine Wellenlänge von Licht aufweist, schmaler ausgeführt, um dadurch die Intensität von Nahfeldlicht, das vom Vorsprung erzeugt wird, zu erhöhen und eine Beobachtung mit einer Auflösung zu ermöglichen, die einem Krümmungsradius am Ende des zugespitzten Vorsprungs entspricht.
Außerdem kann in einem optischen Nahfeldabtastkopf gemäß der Erfindung das umgekehrte kegel- oder pyramidenförmige Loch durch eine Mehrzahl von Neigungsflächen mit unterschiedlichem Neigungsgrad ausgebildet sein.
Demgemäß kann durch Herstellen des Lichtwellenleiters in einer Struktur mit einer mäßigen gekrümmten Oberflächenform der Verlust von Lichtfortpflanzung an der gekrümmten Oberfläche total reduziert werden, wodurch die Intensität von Nahfeldlicht erhöht wird, das vom Vorsprung erzeugt wird.
Außerdem kann im optischen Nahfeldkopf gemäß der vorliegenden Erfindung das ebene Substrat eine Mehrzahl von mikroskopisch kleinen Vorsprüngen aufweisen, wobei der Lichtwellenleiter und die Lichtreflexionsschicht so ausgebildet sind, dass sie Licht, das von wenigstens einer Lichtquelle ausgesendet wird, zu der Mehrzahl von mikroskopisch kleinen Vorsprüngen leiten.
Demgemäß kann durch Herstellen einer Struktur mit dem Lichtwellenleiter und der Lichtreflexionssicht Licht mit Effizienz zum mikroskopisch kleinen Vorsprung fortgepflanzt werden, der an einem Ende des Lichtwellenleiters angeordnet ist. Ferner kann durch Herstellen einer Struktur, die in der Region schmaler gemacht ist, in welcher die Breite des Lichtwellenleiters am Vorsprung eine kleinere Abmessung als eine Wellenlänge von Licht aufweist, die Intensität des Nahfeldlichts, das vom Vorsprung erzeugt wird, erhöht werden. Demnach wird ein optischer Nahfeldabtastkopf so bereitgestellt, dass eine Beobachtung mit einer Auflösung möglich ist, die einem Krümmungsradius am Ende des zugespitzten Vorsprungs entspricht. Außerdem wird ein optischer Nahfeldabtastkopf bereitgestellt, welcher eine hohe mechanische Festigkeit, eine kompakte Struktur und eine ausgezeichnete Massenproduzierbarkeit aufweist. Durch zweidimensionales Abtasten macht solch eine Sonde es möglich, ein optisches Nahfeldbild mit hoher Auflösung mit einer hohen Geschwindigkeit total zu verarbeiten. Außerdem stellt die Ausführung in Matrixform eine optische Sonde bereit, die zum Aufzeichnen und Auslesen von Informationen mit hoher Geschwindigkeit imstande ist, ohne eine Hochgeschwindigkeitsabtastung zu erfordern.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Nahfeldabtastkopfs so, wie in Anspruch 6 dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer optischen Speicher- und Auslesvorrichtung gemäß Beispiel 1, das als Hintergrund zur vorliegenden Erfindung einbezogen ist;
2 ist eine medienseitige schematische Ansicht eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 1;
3 ist eine medienseitige schematische Ansicht des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 1;
4 ist eine medienseitige schematische Ansicht des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 1;
5 ist eine Schnittansicht, welche einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 1 darstellt;
6 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess für den optischen Nahfeldabtastkopf veranschaulicht, der in 5 dargestellt ist;
7 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Matrix der optischen Nahfeldabtastköpfe gemäß Beispiel 1 darstellt;
8 ist eine Schnittansicht, welche einen Teil eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 2 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
9 ist eine Schnittansicht, welche einen Teil eines Siliciumsubstrats darstellt, das einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 3 bildet, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
10 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess eines Siliciumsubstrats darstellt, das den optischen Nahfeldabtastkopf bildet, der in 9 dargestellt ist;
11 ist eine Schnittansicht, welche einen Teil eines Siliciumsubstrats darstellt, das einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 4 bildet, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
12 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Beispiel für einen Herstellungsprozess eines Siliciumsubstrats darstellt, das den optischen Nahfeldabtastkopf bildet, der in 11 dargestellt ist;
13 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Beispiel für einen Herstellungsprozess eines Siliciumsubstrats darstellt, das den optischen Nahfeldabtastkopf bildet, der in 11 dargestellt ist;
14 ist eine Schnittansicht einer Öffnung, die in einem Siliciumsubstrat in einem Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 3 gebildet wird, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
15 ist eine Schnittansicht einer Öffnung mit einem Film, der auf einer Abschrägung in Beispiel 5 gebildet wird;
16 ist eine Draufsicht einer sehr kleinen Öffnung nach einer Modifikation in Beispiel 5;
17 ist eine Figur, welche eine Beziehung zwischen einer Filmdicke t und einem Vorsprungsmaß Δr darstellt, wenn ein Film auf der Abschrägung in Beispiel 5 ausgebildet ist;
18 ist eine Figur, welche eine Beziehung zwischen einer Filmdicke t und einer Höhenabweichung Δz von einem untersten Teil eines maximal vorstehenden Punktes in Beispiel 5 darstellt;
19 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Art und Weise des Steuerns der Größe oder der Form einer sehr kleinen Öffnung darstellt, die in einem ebenen Substrat gemäß Beispiel 5 gebildet wird;
20 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Art und Weise des Steuerns der Größe oder der Form einer sehr kleinen Öffnung darstellt, die in einem ebenen Substrat gemäß Beispiel 6 gebildet wird, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
21 ist eine Schnittansicht, welche einen Teil eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung darstellt;
22 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess für den optischen Nahfeldabtastkopf veranschaulicht, der in 21 dargestellt ist;
23 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Matrix der optischen Nahfeldabtastköpfe mit einem Lichtwellenleiter gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung darstellt;
24 ist eine Schnittansicht, welche einen Teil eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung darstellt;
25 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 7 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
26 ist eine Seitenansicht im Schnitt zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 7;
27 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 8 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
28 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 9 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
29 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 10 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
30 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
31 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche einen Teil eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11 darstellt;
32 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11 darstellt;
33 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11 darstellt;
34 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11 darstellt;
35 ist eine Seitenansicht im Schnitt zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11;
36 ist eine Seitenansicht im Schnitt zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11;
37 ist eine Seitenansicht im Schnitt zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11;
38 ist eine Seitenansicht im Schnitt zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Teil des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11;
39 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 12 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
40 ist eine Seitenansicht im Schnitt zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Teil eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 12;
41 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 13 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
42 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 14 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
43 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 14 darstellt;
44 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 15 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
45 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 16 darstellt, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist;
46 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess für einen optischen Nahfeldabtastkopf in Beispiel 16 veranschaulicht, der in 45 dargestellt ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen von optischen Nahfeldabtastköpfen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist. Außerdem werden etliche Beispiele einbezogen, welche lediglich zu Hintergrundzwecken dienen und nicht Teil der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, sind.
(Beispiel 1)
1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine optische Speicher- und Auslesevorrichtung gemäß Beispiel 1, das als ein Hintergrund zur Erfindung einbezogen ist. Ein optischer Nahfeldabtastkopf 102 ist über einer Scheibe 101 (Medium), die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, so angeordnet, dass er infolge einer Schwebekraft, die durch eine Fluidbewegung ausgeübt wird, welche durch die Drehung und ein Lastgewicht eines Arms 103 bewirkt wird, eine konstante Distanz zur Scheibe 101 aufrechterhält. Die Art und Weise des Aufrechterhaltens der Distanz zur Scheibe 101 kann ein Verfahren zum Steuern der Interaktion, wie beispielsweise Tunnelstrom oder interatomare Kraft, die zwischen dem optischen Nahfeldabtastkopf 102 und der Medienoberfläche erzeugt wird, anwenden. Der optische Nahfeldabtastkopf 102 wird an einem Ende des Arms 103 getragen. Durch Bewegen des Arms 103 in einer horizontalen Richtung durch eine Drehwelle 104 mit einem Motor kann der optische Nahfeldabtastkopf 102 zu einem willkürlichen Punkt auf der Scheibe 101 abgetastet werden. Das Licht, das durch einen Lichtwellenleiter (oder es kann eine Lichtleitfaser sein) 105 fortgepflanzt wird, der mit dem Arm 103 verbunden ist, wird in einen Lichtwellenleiter (Lichteinführungsteil) eingeführt, der innerhalb des optischen Nahfeldabtastkopfs 102 zum Fortpflanzen von Licht in einer Richtung parallel zur Medienoberfläche vorgesehen ist, ohne eine Biegefunktion zu verhindern (eine Lichtleitfaser kann direkt in den Kopf eingefügt sein). Das Licht tritt durch eine Reflexionsschicht oder eine Fokussierungsfunktion, die im Nahfeldabtastkopf 102 ausgebildet ist, hindurch und wird durch eine sehr kleine Öffnung die in einer scheibenseitigen Fläche des optischen Nahfeldabtastkopfs 102 ausgebildet ist, in Nahfeldlicht umgewandelt, wodurch die Scheibe 101 beleuchtet wird. Das Streulicht, das durch die Interaktion zwischen dem Nahfeldlicht und einem mikroskopisch kleinen Bereich auf der Oberfläche der Scheibe 101 erzeugt wird, wird durch ein Lichtempfangselement, das innerhalb des optischen Nahfeldabtastkopfs 102 oder in der Nachbarschaft des optischen Nahfeldabtastkopfs 102 oder auf der Rückseite der Scheibe 101 vorgesehen ist, in ein elektrisches Signal umgewandelt und einer Signalverarbeitungsschaltung zugeführt, wodurch Informationen des mikroskopisch kleinen Bereichs ausgelesen werden. Der optische Nahfeldabtastkopf 102 weist eine Oberfläche auf einer Medienseite auf, welche in einer flachen Plattenfläche, um Luftdämpfung zu ermöglichen, oder in einer konvex-konkaven Form, die mit mehreren Parallelepipedplatten (202, 302, 402) angeordnet und verbunden ist, um einen Luftstromdurchgang bereitzustellen, wie in 2 bis 4 dargestellt, ausgebildet sein kann. Im Falle einer ebenen Oberfläche ist die sehr kleine Öffnung zum Erzeugen von Nahfeldlicht in der ebenen Oberfläche vorhanden. Für eine konvex-konkave Oberfläche ist die sehr kleine Öffnung 203 in einer Ebene auf der Medienseite der verbundenen Parallelepipedplatten 202 vorhanden, wie in 2 dargestellt. Andererseits kann, wie in 3 dargestellt, ein kegel- oder pyramidenförmiger Vorsprung 304 zwischen den Parellelepipedplatten 302 oder auf einer Oberfläche in einem seitlichen ausgesparten Bereich ausgebildet sein, um eine sehr kleine Öffnung 303 an einem Ende davon zu bilden. Es ist natürlich auch möglich, die verbundene Parallelepipedplatte 402 auszuhöhlen und darin einen kegel- oder pyramidenförmigen Vorsprung 404 mit einer sehr kleinen Öffnung 403, die an einem Ende davon ausgebildet ist, bereitzustellen (4).
Indessen kann als eine Möglichkeit, um die Öffnung und das Medium in der Distanz nahe liegend zu machen, ein Schmiermittel zwischen das Nahfeldlicht und das Medium gefüllt werden. Indem die Dicke des Schmiermittels infolge der Drehung des Mediums oder dergleichen konstant gemacht wird und indem der optische Nahfeldabtastkopf dünn genug ausgebildet wird, kann die Distanz zwischen dem optischen Nahfeldabtastkopf und dem Medium durch Verwendung einer Oberflächenspannung des Schmiermittels vollständig verringert werden. Dies ermöglicht es, der Verformung des Mediums vollauf nachzufolgen, und stellt infolgedessen effektive Mittel bereit.
Hier erfolgt die Erläuterung der Struktur des optischen Nahfeldabtastkopfs. 5 stellt eine Schnittansicht eines Teils eines Nahfeldabtastkopfs 500 gemäß Beispiel 1 dar. In 5 ist auf einem Siliciumsubstrat 501 mit einer Öffnung 506 ein Lichtwellenleiter 504 durch einen Lichtreflexionsfilm 503 vorgesehen, und ferner ist ein Lichtreflexionsfilm 503 darauf vorgesehen.
Das Siliciumsubstrat 501 bildet eine Abschrägung 507 auf solch eine Weise, dass sie dasselbe durchdringt, um die sehr kleine Öffnung 506 aufzuweisen. Die Öffnung 506 weist einen mikroskopisch kleinen Durchmesser von weniger als 200 Nanometern auf, um infolge des Lichts, das durch die Abschrägung 507 induziert wird, Nahfeldlicht zu erzeugen. Die Abschrägung 507 ist durch Bilden des Siliciumsubstrats 501 bei Verwenden einer Technologie des anisostropen Siliciumätzens ausgebildet. Auf der Abschrägung 507 ist der Lichtreflexionsfilm 502 ausgebildet, um das fortschreitende Licht von oben zu reflektieren und eine größere Menge von Licht zur Öffnung 506 zu sammeln.
Die Lichtwellenleiterschicht 504 ist auf der Innenseite der Abschrägung 507 und auf dem Silicium 501 ausgebildet. Auch auf der Lichtwellenleiterschicht 504 ist der Lichtreflexionsfilm 503 ausgebildet, um die Reflexionsleistung des Spiegels oder die Fortpflanzungsleistung durch den Lichtwellenleiter 504 zu verbessern. Das Licht, das von der Laserquelle oder durch die Lichtleitfaser, obwohl nicht dargestellt, ausgegeben wird, fällt an einem Lichteintrittsende 505 in den Lichtwellenleiter 504 ein und wird durch den Lichtwellenleiter 504 zur Öffnung 506 geleitet. Über der Öffnung 506 ist ein Spiegel vorgesehen, um die Richtung von Licht zu ändern. Das Licht, das über den Lichtwellenleiter 504 fortgepflanzt wird, wird durch den Spiegel 508 reflektiert und in der Fortschreitrichtung zur Öffnung gelenkt. Der Spiegel 508 weist eine konvexe Oberflächenform auf, um das Reflexionslicht zu einer Nachbarschaft der Öffnung 506 zu sammeln.
Indessen kann der Spiegel 508 mit einem Gitter ausgebildet sein. Rillen sind in einem Abstand von fast einer Wellenlänge λ auf dem Spiegel 508 ausgebildet. Das Licht, das dort reflektiert wird, wird aufgrund der Wirkung des Gitters auf die Nachbarschaft der Öffnung 506 fokussiert. Das Licht, das durch den Spiegel 508 reflektiert wird und sich zur Öffnung 506 fortpflanzt, wird durch den Lichtreflexionsfilm 502, der innerhalb der Abschrägung 507 ausgebildet ist, reflektiert und weiter zur Öffnung 506 gesammelt. Das Fokussieren, wie zuvor beschrieben, stellt eine Sammlung von Licht mit örtlich hoher Energie bereit, wodurch die Intensität von Nahfeldlicht, das an der Öffnung 506 zu erzeugen ist, erhöht wird.
6(A) und 6(B) sind erläuternde Ansichten, welche einen Herstellungsprozess für einen optischen Nahfeldabtastkopf 500, der in 5 dargestellt ist, zeigen. 6(A) veranschaulicht eine Form, wie von der Seite gesehen, während 6(B) eine Form, wie von oben gesehen, veranschaulicht. Zuerst wird bei Schritt S101 durch ein Ätzverfahren mit Anisotropie für Silicium eine Abschrägung 507 in einem Siliciumsubstrat 501 gebildet. Zum Beispiel wird auf einer oberen Oberfläche eines Siliciumsubstrats mit einer Kristallorientierung (100) ein Thermooxidfilm oder Thermonitridfilm als eine Maske gegen anisotropes Ätzen gebildet. Ein Öffnungsfenster wird durch Verwenden einer Fotolithografietechnik, die in einem üblichen Halbleiterprozess verwendbar ist, in der Maske gebildet, um eine Siliciumfläche durch Ätzen freizulegen.
Anschießend wird die Fläche, die das Öffnungsfenster bildet, einer Ätzlösung ausgesetzt, um eine vierflächige Abschrägung einer umgekehrten Pyramidenstruktur im Siliciumsubstrat 501 zu bilden. Dann wird das Maskenmaterial, das auf dem Siliciumsubstrat 501 ausgebildet ist, entfernt, wodurch ein Siliciumsubstrat 501 erhalten wird, das die Abschrägung 507 bildet. Die Ätzlösung verwendet zum Beispiel eine Kaliumhydroxid- oder KOH-Lösung oder eine Tetramethylammoniumhydroxid- oder TMAH-Lösung, die in Abhängigkeit von einer planaren Orientierung eine unterschiedliche Ätzrate aufweist, wodurch die Bildung einer Abschrägung leicht ermöglicht wird. Außerdem kann die Abschrägung alternativ zum Eintauchen in eine Ätzlösung durch Verwenden anisotropen Ätzens, z.B. Ätzen durch eine Vorrichtung für reaktives Ionenätzen (RIE für engl. reactive ion etching), gebildet werden.
Anschließend wird bei Schritt S102 das Siliciumsubstrat 501 von der Rückseite geätzt, um die Dicke des Substrats zu verringern, wodurch eine sehr kleine Öffnung 506 im Siliciumsubstrat 501 gebildet wird. Es ist zu beachten, dass dieses Ätzen bei der Bildung einer Öffnung 506 beendet wird. Als Ergebnis wird eine Öffnung 506 in einem untersten Teil der Abschrägung 507 gebildet. Die Öffnung 506 wird in einer Größe von ungefähr 50 nm bis 3 μm gebildet. Das Ätzen kann Nassätzen oder Trockenätzen verwenden.
Indessen kann die Öffnung 506 in dem Prozess von Schritt S101 ohne Durchführen des Prozesses von Schritts S102 gebildet werden. Das heißt, die Öffnung 506 kann durch Ätzen von der Oberfläche und durch das Siliciumsubstrat 501 gebildet werden.
Anschließend wird bei Schritt S103 ein Material mit einem hohen Lichtreflexionsvermögen, wie beispielsweise Aluminium (Al) oder Gold (Au), in die Abschrägung und auf die obere Oberfläche des Siliciumsubstrats gelegt, um einen Lichtreflexionsfilm 502 zu bilden. Die Bildung des Lichtreflexionsfilms 503 macht es möglich, das Fortpflanzungslicht in der Nachbarschaft der Öffnung zu reflektieren und es auf die Öffnung 506 zu fokussieren. Dies führt zu einer Verstärkung des Lichts, das zur Öffnung 506 gesammelt wird, wodurch ein verstärktes Nahfeldlicht erzeugt wird.
Anschließend wird bei Schritt S104 ein Lichtwellenleiter 504 über den Lichtreflexionsfilm 503 gelegt. Das Material für den Lichtwellenleiter 504 verwendet ein dielektrisches Material, wie beispielsweise Siliciumoxid oder Siliciumnitrid, oder ein Polymermaterial, wie beispielsweise Polyimid oder Polymethacrylat. Im Falle von Siliciumoxid erfolgt die Bildung leicht durch eine Sputtertechnik, eine CVD-Technik oder eine Verdampfungstechnik. Der Lichtwellenleiter 504 kann durch einen Kern und einen Mantel ausgebildet sein, die ein unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweisen. In diesem Fall kann ein Fortpflanzungsverlust verringert werden, da Licht sich durch den Kern fortpflanzt, während es total reflektiert wird.
Indessen kann bei Schritt S104 ein Lichtwellenleiter 504, der zuvor hergestellt wurde, an den Lichtreflexionsfilm 502 gebunden oder darauf gebildet werden. In diesem Fall kann der Lichtwellenleiter nur auf der oberen Oberfläche des Siliciumsubstrats 501 angeordnet werden, ohne dass der Lichtwellenleiter in der Abschrägung gebildet wird. Das Bindungsverfahren für den Lichtwellenleiter kann eine Anodenbindungstechnik, eine Metallbindungstechnik und dergleichen verwenden. Wenn eine Anodenbindungstechnik verwendet wird, wird der Lichtreflexionsfilm 502 auf dem Siliciumsubstrat 501 teilweise entfernt, und dann wird Siliciumoxid als ein Lichtwellenleiter 504 an die Oberfläche des Siliciumsubstrats gebunden. Wenn eine Metallbindungstechnik verwendet wird, wird ein Material ähnlich dem Lichtreflexionsfilm 502 auf einer Bindungsfläche des Lichtwellenleiters 504 gebildet, wodurch er an den Lichtreflexionsfilm 502 gebunden wird.
Anschließend wird bei Schritt S105 ein Lichtwellenleiter 504 unter Verwendung einer Fotolithografietechnik und Ätzen in der Form gesteuert. Unter Verwendung einer Fotolithografietechnik zur Verwendung in üblichen Halbleiterherstellungsprozessen wird ein Maskenmaterial auf den Lichtwellenleiter 504 gelegt und gemustert, um gegen Ätzen zu schützen. Danach wird der Lichtwellenleiter 504 geätzt, um das Maskenmaterial zu entfernen, wodurch der Lichtwellenleiter 504 gemustert wird. Ein Spiegel 508 wird beim Mustern des Lichtwellenleiters 504 gleichzeitig gebildet.
Der Spiegel 508 wird in solch einem Winkel ausgebildet, dass Licht, das in einer horizontalen Richtung fortschreitet, zur Öffnung 506 reflektiert werden kann.
Außerdem wird eine konvexe Oberfläche bereitgestellt, um das reflektierte Licht auf die Nachbarschaft der Öffnung 506 zu fokussieren. Um den Spiegel 508 in solch einer Form zu bilden, verwendet das Ätzen für den Lichtwellenleiter 504 Trockenätzen, das Anisotropie besitzt, wie durch reaktives Ionenätzen gebildet.
Außerdem kann der Spiegel 508 in einer Gitterform hergestellt werden. In diesem Fall werden Rillen in einem Abstand von ungefähr einer Wellenlänge λ auf dem Spiegel 508 gebildet. Die Herstellung eines Gitters kann eine Mikrostrukturherstellungstechnik, wie beispielsweise Elektronenstrahlbildung, Trockenätzverfahren oder Ätzen mit fokussiertem Innenstrahl, verwenden.
Schließlich wird bei Schritt S106 ein Lichtreflexionsfilm 503 auf dem Lichtwellenleiter 504 gebildet. Der Lichtreflexionsfilm 503 wird durch eine Sputtertechnik oder eine Vakuumverdampfungstechnik bei Verwenden eines hoch reflektierenden Metallmaterials aus Al oder Au gebildet. Aufgrund des Lichtreflexionsfilms 503 reflektiert der Spiegel 508 Licht und ermöglicht es, eine größere Menge von Licht zur Nachbarschaft der Öffnung 506 zu sammeln. Dies führt zu einer Verstärkung des Lichts, das die Öffnung 506 erreicht, und macht es infolgedessen möglich, verstärktes. Nahfeldlicht zu erzeugen. Außerdem entfernt die Bereitstellung des Lichtreflexionsfilms 503 optisches Rauschen von oben oder der Seite.
Wie bereits erwähnt, weist der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 1 eine Struktur auf, welche zusätzlich zur Funktion des Reflektierens von Licht zum Fokussieren von Licht dient, wobei die Nachbarschaft der Öffnung mit einer größeren Menge von Licht beleuchtet werden kann. Demgemäß kann intensives Nahfeldlicht leicht erzeugt werden.
Da außerdem die sehr kleine Öffnung durch eine Technologie gebildet werden kann, die in einem Halbleiterherstellungsprozess verwendet wird, ermöglicht ein Siliciumsubstrat mit solch einer Öffnung insbesondere ein matrixförmiges Anordnen mit einer Mehrzahl von Öffnungen, die auf demselben Siliciumsubstrat als eine planare Sonde zum Erzeugen von Nahfeldlicht gebildet werden. Da die Herstellung durch einen Siliciumprozess erfolgt, wird außerdem eine Stapelverarbeitung möglich gemacht, wodurch er zur Massenproduktion geeignet ist. Die Herstellung kann auch ein kollektiver Prozess auf einer Halbleiterscheibe sein, und es gibt weniger Änderungen in den gebildeten planaren Sonden oder den gebildeten Öffnungen, wodurch die Produkteigenschaft stabilisiert wird. Außerdem kann die Sonde in der Größe verringert werden, und ihre Anzahl je Halbleiterscheibe kann erhöht werden, wodurch die Kosten gesenkt werden.
Außerdem wird der beschriebene optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 1 durch den üblichen Halbleiterprozess gebildet. Demgemäß kann eine Mehrzahl von ihnen leicht zweidimensional auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat angeordnet werden, wie zuvor beschrieben. 7 stellt eine Struktur einer Matrix von optischen Nahfeldabtastköpfen 700 dar, welche die optischen Nahfeldabtastköpfe so aufweist, dass sie auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat in Form einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind. Ein Lichtwellenleiter 703 ist so ausgebildet, dass das Licht, das von einer Lichtquelle 702 leuchtet, zu oberen Öffnungsebenen von vier optischen Nahfeldabtastköpfen 701 geleitet wird. Das Licht, das durch die Lichtquelle 702 leuchtet, wird auf ein Eintrittsende des Lichtwellenleiters 703 geleuchtet, das in einer Endfläche eines Siliciumsubstrats 704 vorhanden ist, und dann in den Lichtwellenleiter 703 eingeführt. Das eingeführte Licht tritt durch eine Innenseite des Lichtwellenleiters 703 hindurch und wird wirksam zu den Nachbarschaften von Öffnungen der jeweiligen optischen Nahfeldabtastköpfe 701 geleitet, während es durch die Lichtreflexionsfilme, die in Abschrägungen ähnlich 5 vorgesehen sind, reflektiert wird. Infolge des geleiteten Lichts wird Nahfeldlicht von jeder Öffnung erzeugt. In der Matrix von optischen Nahfeldabtastköpfen 700, die in 7 dargestellt ist, sind die vier optischen Nahfeldabtastköpfe 701 auf einem Siliciumsubstrat 704 für die eine Lichtquelle angeordnet. Es ist jedoch eine Vielfalt von Kombinationen ohne Beschränkung auf diese Struktur möglich.
Wie bereits erwähnt, ist für den optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 1 strukturell eine zweidimensionale Anordnung in einer Mehrzahl auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat möglich. Demgemäß wird die Kopfabtastung über einem Aufzeichnungsmedium auf ein Minimum reduziert, und ein optisches Aufzeichnen und Auslesen ist mit hoher Geschwindigkeit möglich. Außerdem ist durch Anpassen des Anordnungsintervalls an einen Informationsaufzeichnungseinheitenintervall auf dem Aufzeichnungsmedium Verfolgungslosigkeit durchführbar.
(Beispiel 2)
8 stellt eine Schnittansicht eines Teils eines optischen Nahfeldabtastkopfs 800 gemäß Beispiel 2 dar. in 8 ist ein Lichtwellenleiter 804 durch einen Lichtreflexionsfilm 802 auf einem Siliciumsubstrat 801 mit einer Öffnung 806 vorgesehen, und ferner ist ein Lichtreflexionsfilm 803 darauf vorgesehen, ähnlich dem optischen Nahfeldabtastkopf 500 gemäß Beispiel 1. Die Öffnung 806 weist einen mikroskopisch kleinen Durchmesser von weniger als 200 Nanometern auf, um infolge von Licht, das durch eine Abschrägung 807 eingeführt wird, Nahfeldlicht zu erzeugen.
Der optischen Nahfeldabtastkopf 800 gemäß Beispiel 2 weist eine Struktur auf, welche eine Fokussierungsfunktion in der Lichtwellenleiterschicht 804 besitzt, um zu bewirken, dass Licht auf ein Lichteintrittsende 805 für Lichteinfall auftrifft. Wenn, wie in 8 dargestellt, das Lichteintrittsende 805 in der Form in einer konvexen Oberflächenform ausgeführt ist, fällt das Licht, das von einer Laserlichtquelle oder einer Lichtleitfaser, die in der Figur nicht dargestellt sind, ausgesendet wird, an einem Lichteintrittsende 805 in die Lichtwellenleiterschicht 804 ein und wird durch einen Linseneffekt des Lichteintrittsendes 805 fokussiert. Das fokussierte Licht wird auf einem Spiegel 808 zu einer Richtung der Öffnung 806 reflektiert und auf die Nachbarschaft der Öffnung 806 geleuchtet. Die Abschrägung 807 in der Nachbarschaft der Öffnung ist mit einem Lichtreflexionsfilm 802 ausgebildet, um das Licht, das durch einen oberen Abschnitt des Lichtwellenleiters 804 durchgelassen wird, zu reflektieren und eine größere Menge von Licht auf die Öffnung 806 zu fokussieren. Das Fokussieren auf diese Weise sammelt örtlich hohe Energie von Licht und erhöht die Intensität von Nahfeldlicht, das durch die Öffnung 806 zu erzeugen ist.
Indessen kann das Lichteintrittsende 805 in einer Gitterform ausgeführt sein. In solch einem Fall sind Rillen in einem Abstand von ungefähr einer Wellenlänge λ auf dem Lichteintrittsende 805 ausgebildet. Hierbei wird das Licht, das auf den Lichtwellenleiter 804 auftrifft, infolge eines Effekts des Gitters fokussiert und durch Reflexion auf dem Spiegel 808 auf eine Nachbarschaft der Öffnung 806 geleuchtet.
Der optische Nahfeldabtastkopf 800 der Beispiel 2 kann durch einen Herstellungsprozess ähnlich dem optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel hergestellt werden. Die konvexe Oberflächenform im Lichteintrittsende 805 wird durch anisotropes Ätzen in einem Prozess von Schritt S105, der in 6 dargstellt ist, hergestellt. Zum Beispiel wird die Form einer konvexen Oberfläche unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen gebildet. Indessen versteht es sich von selbst, dass, obwohl eine Fokussierungsfunktion für das Lichteintrittsende 805 bereitgestellt wird, sie im Lichtwellenleiter 804 gebildet werden kann. Außerdem kann der optische Nahfeldabtastkopf, obwohl er in 8 einen Beleuchtungsmodus darstellt, wie im optischen Nahfeldmikroskop genannt, auch in einem Sammelmodus verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, besitzt der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 2 eine Funktion des Fokussierens von Licht auf einen Teil des Lichtwellenleiters, wodurch es möglich gemacht wird, eine größere Menge von Licht auf eine Nachbarschaft der Öffnung zu leuchten und infolgedessen ein intensives Nahfeldlicht in der Nachbarschaft der Öffnung leicht zu erzeugen.
Da außerdem die sehr kleine Öffnung durch die Technologie zur Verwendung im Halbleiterherstellungsprozess gebildet werden kann, kann das Siliciumsubstrat mit solch einer Öffnung als eine planare Sonde verwendet werden, um Nahfeldlicht zu erzeugen. Insbesondere wird ein matrixförmiges Anordnen ermöglicht, wobei eine Mehrzahl von Öffnungen auf demselben Siliciumsubstrat gebildet wird. Aufgrund der Herstellung durch den Siliciumprozess ist eine Stapelverarbeitung möglich, wodurch er zur Massenproduktion geeignet ist. Außerdem reduziert ein kollektiver Prozess auf einer Halbleiterscheibe Änderungen und stabilisiert die Produktcharakteristiken. Da die Sonde in der Größe verringert werden kann, und die Anzahl davon je Halbleiterscheibe zunimmt, können die Kosten gesenkt werden.
(Beispiel 3)
9 stellt eine Schnittansicht eines Teils eines Siliciumsubstrats dar, das einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 3 bildet. In 9 ist ein Siliciumsubstrat veranschaulicht, wobei eine Abschrägung durch zwei verschiedene Neigungsflächen gebildet wird.
Der optische Nahfeldabtastkopf von Beispiel 3 wird in der Nachbarschaft einer Öffnung in der optischen Leistungsfähigkeit verbessert, indem die Neigungsfläche in der Nachbarschaft der Öffnung gemäßigt gemacht wird, d.h. der Abschrägungswinkel in der Nachbarschaft der Öffnung aufgeweitet wird. Für Fortpflanzungslicht im Allgemeinen ist der Fortpflanzungsverlust in einer Region größer, in welcher der Lichtwellenleiter zur Lichtfortpflanzung in der Breite kleiner als eine Wellenlänge λ ist. Demgemäß wird durch Aufweiten des Winkels der Abschrägung in der Nachbarschaft der Öffnung die Region, in der die Breite kleiner als die Wellenlänge λ ist, verkleinert, wodurch es möglich gemacht wird, die Menge von Licht, das die Öffnung erreicht, zu vergrößern. Dies führt zu einer Steigerung der Intensität von Nahfeldlicht, das durch die Öffnung zu erzeugen ist.
Die Abschrägung 507 im Siliciumsubstrat 501, das in 5 dargestellt ist, wurde unter Verwendung anisotropen Ätzens auf Silicium hergestellt, wodurch die Neigungsfläche auf einer (111)-Ebene des Monokristallsiliciums ausgebildet ist. Aufgrund dessen beträgt der Winkel, der zwischen der Neigungsfläche der Abschrägung 507 und der unteren Fläche des Siliciumsubstrats 501 definiert wird, ungefähr 55 Grad.
Indessen wird in der Abschrägung des Siliciumsubstrats 901, das in 9 dargestellt ist, die Neigungsfläche durch die beiden verschiedenen Kristallflächen gebildet. Eine Oberstufenabschrägung 902 weist eine Neigungsfläche mit einem vergleichsweise abrupten Gradienten auf, die auf einer (111)-Ebene des Siliciumsubstrats ausgebildet ist, während eine Unterstufenabschrägung 903 eine Neigungsfläche mit einem vergleichsweise gemäßigten Gradienten aufweist, die zum Beispiel auf einer Ebene (311) des Siliciumsubstrats ausgebildet ist. Die Öffnung 904 des Siliciumsubstrats 901, die auf diese Weise strukturiert ist, weist einen Winkel von ungefähr 30 Grad auf, der zwischen der Neigungsfläche und der unteren Fläche des Siliciumsubstrats festgelegt ist. Demnach wird im Vergleich zur Abschrägung in der Nachbarschaft der Öffnung, die im Siliciumsubstrat 501 ausgebildet ist, das in 5 dargestellt ist, eine weitwinkeligere Form bereitgestellt.
10(A) und 10(B) sind erläuternde Ansichten, welche ein Beispiel für einen Herstellungsprozess für das Siliciumsubstrat 901, das in 9 dargestellt ist, zeigen. 10(A) veranschaulicht eine Form, wie von der Seite gesehen, während 10(B) eine Form, wie von oben gesehen, veranschaulicht.
Zuerst wird bei Schritt S201 ein Maskenmaterial 905 durch Verwenden einer Fotolithografietechnik zur Verwendung in der Halbleiterherstellung auf ein Siliciumsubstrat 901 gelegt und anschließend gemustert. Es ist zu beachten, dass das Mustern in einer stufenweisen Form mit zwei oder mehr Stufen in der Form erfolgen sollte. Das Maskenmaterial 905 verwendet Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Photoresist oder dergleichen.
Anschließend wird bei Schritt S202 eine Technik des anisotropen Ätzens von Silicium verwendet, um eine Abschrägung im Siliciumsubstrat zu bilden. Bei dieser Ätztechnik wird, wenn das Ätzen zum Beispiel mit einer Kaliumhydroxid- oder KOH-Lösung erfolgt, eine Abschrägung aufgrund eines Unterschieds in der Ätzrate in Abhängigkeit von einer planaren Orientierung von Silicium leicht gebildet.
Anschließend wird bei Schritt S203 das Maskenmaterial 905 geätzt, um das zweistufige Maskenmaterial 905 in eine einstufige Maske 906 umzubilden. Es ist zu beachten, dass dieses Umbilden durch isotropes Ätzen des Maskenmaterials 905 möglich ist. Als Ergebnis entsteht eine obere Oberfläche des Siliciumsubstrats mit einer planaren Orientierung von (100), die bislang durch das Maskenmaterial 905 bedeckt war, in einem Maskenöffnungsfenster neu.
Anschließend wird bei Schritt S204 anisotropes Ätzen von Silicium durchgeführt, um eine Abschrägung mit zwei Stufen im Siliciumsubstrat 901 zu bilden. Wenn das Ätzen durch eine KOH-Lösung mit unterschiedlicher Ätzrate in Abhängigkeit von einer planaren Orientierung erfolgt, wird die Neigungsfläche für die obere Abschrägung 902 auf einer Ebene (111) des Monokristallsiliciums gebildet, wohingegen die Neigungsfläche für die untere Abschrägung 903 auf einer Ebene (311) des Monokristallsiliciums gebildet wird. Demnach ist die Unterstufenabschrägung 903 in einer Neigungsfläche, die im Vergleich zur Oberstufenabschrägung 902 gemäßigt ist.
Anschließend wird bei Schritt S205 das Maskenmaterial 906 entfernt. Dann wird bei Schritt S206 das Siliciumsubstrat 901 an der Rückseite geätzt, um die Dicke des Substrats zu verringern, um dadurch eine sehr kleine Öffnung 904 im Siliciumsubstrat zu bilden. Es ist zu beachten, dass dieses Ätzen bei der Bildung einer Öffnung 904 beendet werden sollte. Als Ergebnis wird eine Öffnung 904 in einer unteren Fläche des Siliciumsubstrats 901 gebildet. Die Öffnung 904 wird zu einer Größe von ungefähr 50 nm bis 3 μm ausgebildet. Das Ätzen kann entweder Nassätzen oder Trockenätzen verwenden.
Bei Verwenden des Siliciumsubstrats 901, das durch die zuvor dargelegten Schritte hergestellt wird, werden die Schritte S103 bis S106 in der Reihenfolge ausgeführt, wie in 6 in Beispiel 1 dargestellt wurde. Demnach wird ein optischer Nahfeldabtastkopf erhalten, der mit einem Lichtwellenleiter 504, einem Lichtreflexionsfilm 502, einem Lichtreflexionsfilm 503 und einem Spiegel 508 in einer konkaven Oberflächenform versehen ist. Indessen kann auch ein Lichteintrittsende 805 in einer konvexen Oberflächenform ähnlich jener, die in der zweiten Anordnung dargestellt wurde, bereitgestellt werden.
Indessen kann auch ein Lichteintrittsende 805 in einer konvexen Oberflächenform ähnlich dem in Beispiel 2 dargestellten vorgesehen werden.
Im Übrigen veranschaulichten in der Erläuterung des optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 3 9 und 10 die Abschrägung, welche die zweistufigen oberen und unteren Neigungsflächen bildet, die sich im Winkel unterscheiden. Alternativerweise kann ein Siliciumsubstrat, das durch eine Mehrzahl von Neigungsflächen, d.h. drei oder vier. Stufen, ausgebildet ist, verwendet werden, ohne auf die zweistufigen Neigungsflächen beschränkt zu sein.
Wie bereits erwähnt, kann der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 3 stapelverarbeitet werden und ist aufgrund der Herstellung durch den Siliciumprozess, wie zuvor beschrieben, zur Massenproduktion geeignet. Außerdem verringert die Fähigkeit des Realisierens des kollektiven Prozesses auf einer Halbleiterscheibe Änderungen und stabilisiert die Produktcharakteristiken. Darüber hinaus ist für die Sonde eine Größenreduktion möglich, und die Anzahl davon je Halbleiterscheibe nimmt zu, wodurch die Kosten gesenkt werden.
Indessen kann die Struktur mit einer sehr kleinen Öffnung ähnlich Beispiel 1 bereitgestellt werden und als eine planare Sonde zum Erzeugen von Nahfeldlicht verwendet werden. Insbesondere ist die Struktur mit einer Mehrzahl von Öffnungen auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat, d.h. einer matrixförmigen Anordnung, leicht zu realisieren. Bei Verwendung als ein optischer Speicherkopf ist Hochgeschwindigkeitslichtaufzeichnen und -auslesen möglich.
Da im optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 3 das Siliciumsubstrat 901 verwendet wurde, das in der Kegelform in der Nachbarschaft der Öffnung 904 aufgeweitet ist, wie in 9 dargestellt, wird außerdem die Region mit einer Wellenlänge von λ oder kleiner im Lichtwellenleiter an einer Stelle in der Nachbarschaft der Öffnung verkleinert. Demnach kann der Lichtfortpflanzungsverlust in dieser Region verringert werden. Folglich kann das Licht, das auf die Nachbarschaft der Öffnung fokussiert wird, wirksam in Nahfeldlicht umgewandelt werden.
(Beispiel 4)
11 stellt eine Schnittansicht eines Teils eines Siliciumsubstrats dar, das einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 4 bildet. Dieser optische Nahfeldabtastkopf von Beispiel 4 ist im Abschrägungswinkel in der Nachbarschaft der Öffnung aufgeweitet, wodurch ein Fortpflanzungsverlust in der Region, wo der Lichtwellenleiter zum Fortpflanzen von Licht in der Breite kleiner als die Wellenlänge λ ist, verringert wird. Demnach wird der Wirkungsgrad der Lichtumwandlung zum Erzeugen von Nahfeldlicht in der Nachbarschaft der Öffnung verbessert.
In einem Siliciumsubstrat 1101, das in 11 dargestellt ist, ist ein Loch ausgebildet, welches das Siliciumsubstrat durchdringt, um dadurch eine sehr kleine Öffnung 1103 in einer unteren Fläche zu bilden. Eine Abschrägung 1102, die im Loch ausgebildet ist, weist ihre Neigungsfläche so gegeben auf, dass sie in der Nachbarschaft der Öffnung 1103 im Winkel gemäßigt ist. Das Loch weist in seinem oberen Abschnitt eine Abschrägung 1102, welche in einem Neigungswinkel von ungefähr 55 Grad in Bezug auf die untere Fläche des Siliciumsubstrats 1101 ausgebildet ist, und in der Nachbarschaft der Öffnung eine Abschrägung 1103, welche in einem Neigungswinkel von ungefähr 10 Grad bis 30 Grad ausgebildet ist, auf.
12 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Beispiel für einen Herstellungsprozess für das Siliciumsubstrat 1101 veranschaulicht, das in 11 dargestellt ist. Zuerst wird bei Schritt S301 ein Maskenmaterial 1104 über einem Siliciumsubstrat 1101 durch Verwenden einer Fotolithografietechnik zur Verwendung in einer Halbleiterherstellung gemustert, und dann wird durch Verwenden einer Technik des anisotropen Ätzens von Silicium eine Abschrägung im Siliciumsubstrat 1101 gebildet. Wenn das Ätzen zum Beispiel durch eine Kaliumhydroxid- oder KOH-Lösung erfolgt, ist die Ätzrate in Abhängigkeit von einer planaren Orientierung von Silicium unterschiedlich, und infolgedessen kann eine Abschrägung mit einem Neigungswinkel von ungefähr 55 Grad gebildet werden.
Anschließend wird bei Schritt S302 isotropes Ätzen von Silicium durchgeführt. Zum Beispiel ätzt das Ätzen durch XeF₂ das Silicium isotrop. Das isotrope Ätzen wandelt einen untersten Teil der Abschrägung 1102 von einer spitzen Form in eine runde Form um. Als Ergebnis ist die Neigungsfläche der Abschrägung 1102 in der Nachbarschaft des untersten Teils von 10 Grad bis 30 Grad in Bezug auf die untere Fläche des Siliciumsubstrats 1101.
Anschließend wird bei Schritt S303 das Maskenmaterial 1104 entfernt. Anschließend wird bei Schritt S304 das Siliciumsubstrat 1101 an seiner Rückseite geätzt, um die Dicke des Substrats zu verringern, um dadurch eine sehr kleine Öffnung 1103 im Siliciumsubstrat zu bilden. Es ist zu beachten, dass das Ätzen bei der Bildung einer Öffnung 1103 beendet werden sollte. Als Ergebnis wird eine Öffnung 1103 in der unteren Fläche des Siliciumsubstrats 1101 gebildet. Die Öffnung 1103 wird zu einer Größe von 50 nm bis 3 μm ausgebildet. Indessen ist 13 eine erläuternde Ansicht, welche ein anderes Beispiel für einen Herstellungsprozess für das Siliciumsubstrat 1101 veranschaulicht, das in 11 dargestellt ist.
In 13 wird zuerst bei Schritt S401 ein Maskenmaterial 1304 durch Verwenden einer Fotolithografietechnik zur Verwendung in einer Halbleiterherstellung ähnlich dem Schritt S301 von 12 über einem Siliciumsubstrat 1301 gemustert, und dann wird durch Verwenden einer Technik des anisotropen Ätzens für Silicium eine Abschrägung im Siliciumsubstrat gebildet. Das Maskenmaterial 1304 in diesem Fall verwendet einen Siliciumoxidfilm.
Anschließend wird bei Schritt S402 ein Siliciumoxidfilm 1305 über den Umfang des Siliciumsubstrats 1301 gebildet. Der Siliciumoxidfilm 1305 wird durch Anordnen des Siliciumsubstrats 1301 in einem heißen Thermooxidationsofen, um Oxidation auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1301 zu bewirken, hergestellt. Der Oxidationsfilm neigt dazu, im untersten Teil der Abschrägung weniger ausgebildet zu sein. Als Ergebnis weist der Siliciumoxidationsfilm 1305 am untersten Abschrägungsteil im Vergleich zur Dicke des Siliciumoxidfilms 1305 an einer Abschrägungsneigungsfläche eine geringere Dicke auf.
Anschließend wird bei Schritt S403 der Siliciumoxidfilm 1305, der auf einem Umfang des Siliciumsubstrats 1301 ausgebildet ist, entfernt. Die Dicke des Siliciumoxidfilms 1305 in einem untersten Abschrägungsteil ist geringer als die Dicke des Siliciumoxidfilms 1305 auf der Abschrägungsneigungsfläche, folglich weist die Abschrägung 1302 des Siliciumsubstrats 1301 nach dem Entfernen des Siliciumoxidfilms 1305 eine Form auf, welche im Neigungsflächenwinkel gemäßigt und rund wird, wenn der unterste Teil näher kommt. Als Ergebnis weist die Neigungsfläche am untersten Teil der Abschrägung 1302 einen Winkel von 10 Grad bis 30 Grad in Bezug auf die untere Fläche des Siliciumsubstrats 1301 auf.
Anschließend wird bei Schritt S404 das Siliciumsubstrat 1301 ähnlich dem Schritt S304 von 12 an einer Rückseite geätzt, um eine sehr kleine Öffnung 1303 von ungefähr 50 nm bis 3 μm im Siliciumsubstrat 1301 zu bilden. Beim Herstellungsprozess für den optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 4 werden durch Verwenden eines Siliciumsubstrats 1301, das durch die Prozesse hergestellt wird, wie zuvor beschrieben, oder eines Siliciumsubstrats 1101 die Schritte S103 bis S106 von Beispiel 1 in der Reihenfolge ausgeführt.
Wie bereits erwähnt, kann der optische Nahfeldabtastkopf von Beispiel 4 stapelverarbeitet werden und ist aufgrund der Herstellung durch den Siliciumprozess, wie zuvor beschrieben, zur Massenproduktion geeignet. Außerdem kann die Struktur mit einer sehr kleinen Öffnung ähnlich Ausführungsform 1 bereitgestellt werden und als eine planare Sonde zum Erzeugen von Nahfeldlicht verwendet werden. Insbesondere ist die Struktur mit einer Mehrzahl von Öffnungen auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat, d.h. einer matrixförmigen Anordnung, leicht zu realisieren. Bei Verwendung als ein optischer Speicherkopf ist Hochgeschwindigkeitslichtaufzeichnen und -auslesen möglich.
Da im optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 4das Siliciumsubstrat 1101 verwendet wurde, welches in der Nachbarschaft der Öffnung 1103 in der Kegelform aufgeweitet ist, wie in 11 dargestellt, die Region mit einer Wellenlänge von λ oder kleiner im Lichtwellenleiter an einer Stelle in der Nachbarschaft der Öffnung verkleinert. Demnach kann der Lichtfortpflanzungsverlust in dieser Region verringert werden. Folglich kann das Licht, das auf die Nachbarschaft der Öffnung fokussiert wird, wirksam in Nahfeldlicht umgewandelt werden.
Es ist zu beachten, dass der optische Nahabtastfeldkopf gemäß Beispiel 1 bis 4 außer als ein optischer Nahfeldabtastkopf als ein optischer Speicherkopf auch als eine optische Sonde für optische Mikroskope verwendet werden kann.
(Beispiel 5)
Als Nächstes erfolgen Erläuterungen über ein Verfahren zum Ausbilden der Öffnung davon mit Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu einer Zielgröße oder Zielform in einer planaren Sonde als einem optischen Nahfeldabtastkopf gemäß den zuvor erläuterten Beispielen 1 bis 4.
Für gewöhnlich wird in einer planaren Sonde ein Lichtreflexionsfilm, wie in Beispiel 1 erklärt, auf der Abschrägung ausgebildet, um Fortpflanzungslicht wirksam zu der sehr kleinen Öffnung zu leiten. Der Lichtreflexionsfilm wird bereitgestellt, um Fortpflanzungslicht, das in die Öffnung des optischen Nahfeldabtastkopfs einzuführen ist, zu reflektieren. Die Größe und die Form einer Öffnung wurden durch eine Kante eines Lochs definiert, das infolge des Realisierens eines Ätzprozesses gebildet wurde, wie in 6 dargestellt wurde.
Demgemäß wurde die Dicke des Lichtreflexionsfilms in solch einem Grad ausgewählt, der keine Auswirkung auf die Lochkante im Siliciumsubstrat hat. Wie jedoch bereits beim „Problem, das die Erfindung lösen soll" erörtert, treten, wenn eine sehr kleine Öffnung durch einen Ätzprozess gebildet wird, häufig Änderungen in der Größe und Form auf. Selbst wenn eine genaue Steuerung beim Ausbilden des Lichtreflexionsfilms zu einer geringen Dicke realisiert werden kann, war es unmöglich, ein intensives Nahfeldlicht zu erhalten, das als eine planare Sonde bestimmt ist.
Das Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 5 ist, eine Öffnung mit einer Größe, die größer als eine Zielgröße ist, oder einer von einer Zielform verschiedenen Form durch einen Ätzprozess oder dergleichen auf einem Siliciumsubstrat zu bilden und eine größere Dicke eines Lichtreflexionsfilms auf einer Abschrägung zu bilden, um dadurch eine Endgröße oder Endform der sehr kleinen Öffnung zu definieren.
14 ist eine Schnittansicht einer Öffnung, die in einem Siliciumsubstrat durch ein Verfahren anisotropen Ätzens, isotropen Ätzens oder dergleichen ausgebildet ist. In 14 wird die sehr kleine Öffnung 1403 durch Bilden einer Abschrägung 1402 in einem Siliciumsubstrat 1401 bereitgestellt. Diese kleine Öffnung 1403 ist jedoch größer als eine Zielgröße oder in einer Form, die sich in der Form von einer Zielform unterscheidet.
Ein Lichtreflexionsfilm wird auf einer Oberfläche des Siliciumsubstrats 1401 gebildet. Die Bildung solch eines Lichtreflexionsfilms wird für gewöhnlich durch Verwenden einer Sputtertechnik, einem CVD-Verfahren, einer Verdampfungstechnik oder dergleichen realisiert und durch stufenweises Auftragen (im Folgenden als Filmbildung bezeichnet) einer Teilchenmaterie eines Materials, wie beispielsweise Aluminium (Al) oder Gold (Au), mit einem hohen Reflexionsvermögen für eine Wellenlänge λ von Fortpflanzungslicht, das zum Erzeugen von Nahfeldlicht verwendet wird, auf ein Objekt (in diesem Fall insbesondere auf die Abschrägung 1402) erreicht.
In 14 stellen der Pfeil A und der Pfeil B eine Richtung der Filmbildung, d.h. eine ankommende Richtung der zuvor erwähnten Teilchen, dar. Für gewöhnlich erfolgt die Filmbildung in einer vertikalen Richtung in Bezug auf das Siliciumsubstrat 1401, wie bei Pfeil A dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, einen Film durch Verschieben des Filmbildungswinkels, zum Beispiel wie bei Pfeil B dargestellt, zu bilden.
15 ist eine Schnittansicht einer Öffnung, die im Siliciumsubstrat nach der Filmbildung ausgebildet ist. In 15 ist ein Metallfilm 1504 als ein Lichtreflexionsfilm in einer Filmdicke von t filmgebildet. Hierbei stellt die Filmdicke eine Dicke des Metallfilms 1504 von einer oberen Oberfläche des Siliciumsubstrats 1401 in einer vertikalen Richtung zur oberen Oberfläche des Siliciumsubstrats 1401 (der Oberfläche ohne die Abschrägung 1402) dar. Durch die Filmbildung eines Metallfilms 1504 zu einer ausreichenden Dicke auf der Abschrägung 1402 steht der Metallfilm 1504 in einem Umfang der sehr kleinen Öffnung 1403 um ein Vorsprungsmaß Δr zu einer Mitte der sehr kleinen Öffnung 1403 vor, um eine sehr kleine Öffnung mit einer Größe D (im Folgenden als eine sehr kleine Öffnung nach der Korrektur bezeichnet) zu bilden, die kleiner als eine Größe d einer ersteren sehr kleinen Öffnung (im Folgenden als eine sehr kleine Öffnung vor der Korrektur bezeichnet) ist. Das heißt, die Intensität des zu erzeugenden Nahfeldlichts wird durch die sehr kleine Öffnung nach der Korrektur definiert. Demgemäß besteht eine Beziehung D = d – 2Δr. Hierbei bezeichnet das Vorsprungsmaß Δr eine Länge von einer Kante der sehr kleinen Öffnung vor der Korrektur bis zu einem Vorsprung des Metallfilms 1504 in einer Richtung entlang einer unteren Fläche des Siliciumsubstrats 1401 an.
Wie in 15 dargestellt, wird außerdem die Größe D der sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur nicht durch den Metallfilm 1504 in einer Richtung entlang der unteren Fläche des Siliciumsubstrats 1401 definiert, sondern in einer Position, welche um Δz darüber von der unteren Fläche des Siliciumsubstrats 1401 abweicht. Das heißt, dieses Δz stellt eine Abweichung in der Höhe zwischen der Öffnung nach der Korrektur und der Öffnung vor der Korrektur dar. Hierbei genügt es, eine Bedingung zum Erzeugen von Nahfeldlicht zu erfüllen, wenn D < λ gegeben ist. Es besteht jedoch aufgrund des Erfordernisses einer Öffnungsgröße, die kleiner als eine Beugungsgrenze ist, eine Notwendigkeit, eine Beziehung von D < λ/2 zu erfüllen.
Da das Vorsprungsmaß Δ proportional zu einer Filmdicke t ist, kann die Größe D einer sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur durch die Dicke t gesteuert werden. 16(a) ist eine Draufsicht einer sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur, wenn die Richtung der Filmbildung bei Pfeil A in 14 genommen wird. Wie in 16(a) dargestellt, stellt eine Öffnung, die so ausgebildet ist, dass sie um ein Vorsprungsmaß Δr von der sehr kleinen Öffnung vor der Korrektur nach innen abweicht, eine Größe und eine Form bereit, die zum Erzeugen von Nahfeldlicht wirksam ist.
17 ist eine Figur, die eine Beziehung einer Filmdicke t und eines Vorsprungsmaßes Δr darstellt, wenn Al in der Filmbildungsrichtung A auf eine Abschrägung filmgebildet wird. Genauer gesagt, stellt 17 jeweilige Graphen für Fälle dar, welche als ein Filmbildungsverfahren ein Vakuumverdampfungsverfahren und ein Sputterverfahren realisieren. Im Übrigen wird die Filmbildungsbedingung in diesem Fall mit einem Vakuumgrad von 3 × 10^-6 Torr und einer Verdampfungsrate von 700 Angström/min für das Vakuumverdampfungsverfahren genommen. Die Korngröße bei der Verdampfung ist vergleichsweise klein, um eine homogene Filmbildung auf der Abschrägung bereitzustellen. Außerdem verwendet das Sputterverfahren einen Vakuumgrad von 3 × 10^– ³ Torr und eine Verdampfungsrate von 200 Angström/min. Die Korngröße ist vergleichsweise klein, und die Filmdicke nimmt mit Annäherung an den untersten Teil der Abschrägung ab. Folglich ist das Vorsprungsmaß kleiner als im Fall mit dem Vakuumverdampfungsverfahren.
Aus 17 kann die Beziehung zwischen einer Filmdicke t und einem Vorsprungsmaß Δr als Δr > t/10 dargestellt werden. Das heißt, unter der zuvor erwähnten Filmbildungsbedingung ist das Vorsprungsmaß Δr nicht ein Zehntel einer Filmdicke t oder weniger. In einem Fall, in dem angenommen wird, dass das Vorsprungsmaß Δr in einem Verhältnis von einem Zehntel einer Filmdicke t oder weniger ist, muss eine sehr kleine Öffnung gebildet werden, um die Größe und Form einer Öffnung zu steuern, was zu Ineffizienz führt. Es ist daher vorzuziehen, einen Film knapp unter der zuvor erwähnten Filmbildungsbedingung auszubilden. Indessen kann beim Vakuumverdampfungsverfahren das Vorsprungsmaß Δr durch Senken der Verdampfungsrate unter die zuvor erwähnte Filmbildungsbedingung und Vergrößern der Korngröße auf ungefähr Δr = t/2 vergrößert werden.
18 ist eine Figur, welche eine Beziehung zwischen einer Filmdicke t und einer Höhenabweichung Δz eines maximalen Vorsprungs von einer unteren Fläche darstellt. Genauer gesagt, veranschaulicht 18 einen Graphen für einen Fall des Realisierens eines Vakuumverdampfungsverfahrens als ein Filmbildungsverfahren, wobei die Filmbildungsbedingung wie jene von oben ist. Es ist aus 18 möglich, sie als Δz ~ t/3 auszudrücken. Das heißt, wenn die Filmdicke t zunimmt, nimmt auch die Höhenabweichung Δz zu.
Nach 17 und 18 nimmt, wenn die Filmdicke t vergrößert wird, um das Vorsprungsmaß Δr zu vergrößern, die Größe D einer sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur ab, aber die Höhenabweichung Δz nimmt auch zu, mit dem Ergebnis, dass die Öffnungsposition, die zum Erzeugen von Nahfeldlicht wirksam ist, von der unteren Fläche entfernt ist. Dies bedeutet, dass die Intensität von Nahfeldlicht aufgrund einer Beschaffenheit, dass Nahfeldlicht exponentiell abschwächt, wenn es von der Öffnung entfernt wird, bei zunehmender Höhenabweichung Δz abnimmt. Gleichzeitig bedeutet dies auch die Verringerung des Auflösungsvermögens, da sich Nahfeldlicht spreizt, wenn es von der sehr kleinen Öffnung entfernt. Wenn zum Beispiel die sehr kleine Öffnung und ein Aufzeichnungsmedium bis ungefähr eine Größe der sehr kleinen Öffnung voneinander entfernt sind, wird das Auflösungsvermögen halbiert. Vorausgesetzt, dass diese Distanz eine Grenze des Auflösungsvermögens ist, kann die Größe D einer sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur als Δz < D = d – 2Δr ausgedrückt werden. Daher wird Δz vorzugsweise nicht erhöht, sondern wünschenswerterweise so niedrig als möglich gehalten.
Indessen kann beim Vakuumverdampfungsverfahren die sehr kleine Öffnung nach der Korrektur zum Beispiel durch Neigen der Filmbildungsrichtung in der Form gesteuert werden. 16(b) ist eine Draufsicht einer sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur, wenn die Filmbildungsrichtung bei Pfeil B in 14 genommen wird. 16(b) stellt einen Fall dar, in dem der Pfeil B in einer Richtung ist, die in Bezug auf eine Richtung, die vertikal zum Siliciumsubstrat 1401 ist, um 20 Grad geneigt ist. Wie in 16(b) dargestellt, ist der Metallfilm auf einer Fläche, die der Verdampfungsrichtung zugekehrt ist, dick ausgebildet. Der Metallfilm ist auf einer gegenseitigen Fläche dünn ausgebildet. Es bestätigte sich, dass der Zunahme/Abnahmebetrag des Vorsprungsmaßes ungefähr 20% des Vorsprungsmaßes Δr für den Fall von 16(a) betrug.
Als eine Veranschaulichung ist in dem Fall der Filmbildung durch ein Vakuumverdampfungsverfahren dann, wenn eine Filmdicke von Al t = 150 Nanometer genommen wird, Δz = 40 bis 50 Nanometer und Δr = 70 bis 80 Nanometer, wobei die Größe (der Durchmesser) einer sehr kleinen Öffnung vor der Korrektur d = 250 Nanometer ist, wohingegen die Größe einer sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur D = 100 Nanometer ist. Dies erfüllt die zuvor dargelegte Formel Δz < D. Im Falle der Filmbildung durch ein Sputterverfahren sind die Höhenabweichung Δz und das Vorsprungsmaß Δr kleiner als jene im Vakuumverdampfungsverfahren, was naturgemäß Δz < D erfüllt.
In dem Vorhergesagten erfolgte eine Erläuterung für den Fall der Bildung eines Films auf der Abschrägung 52. Alternativerweise ist es auch möglich, einen Film auf einer Rückseite eines Siliciumsubstrats 1401 zu bilden und die Größe und Form einer sehr kleinen Öffnung zu steuern. 19 ist eine Schnittansicht einer Öffnung, die nach dem Bilden eines Films auf der Rückseite eines Siliciumsubstrats gebildet ist. Es ist zu beachten, dass in der Figur die Längen mit übereinstimmender Bedeutung mit jenen von 15 mit denselben Bezugszeichen benannt sind, um Erläuterungen davon wegzulassen.
In 19 besteht bei Realisieren eines Vakuumverdampfungsverfahren als ein Filmbildungsverfahren, wenn der Film auf der Abschrägung 1402 gebildet wird, fast kein Unterschied in der Beziehung zwischen einer Filmdicke t und eine Vorsprungsmaß Δr. Wenn jedoch ein Sputterverfahren realisiert wird, ist die Beziehung zwischen einer Filmdicke t und einem Vorsprungsmaß Δr derart, dass das Vorsprungsmaß Δr in Bezug auf die Dicke t zunimmt, da kein Hindernis, wie beispielsweise eine Abschrägung 1402, vorhanden ist.
Indessen ist die Beziehung zwischen einer Filmdicke t und einer Höhenabweichung Δz ähnlich dem Graphen, der in 18 dargestellt ist, oder in einer Tendenz einer weiteren Abnahme in der Höhenabweichung Δz. In diesem Fall unterscheidet sich die Höhenabweichung Δz jedoch von einem Fall des Bildens eines Films auf der Abschrägung 1402, da, wenn sie zunimmt, die Öffnung, die zum Erzeugen von Nahfeldlicht wirksam ist, näher zu einem Aufzeichnungsmedium bereitgestellt wird. Demgemäß kann in 19 die Größe einer sehr kleinen Öffnung nach der Korrektur D als t – Δz < D = d – 2Δr ausgedrückt werden. Aufgrund dessen kann die Filmdicke t nicht vergrößert werden.
Außerdem wird, wenn die Filmbildung sowohl auf der Abschrägung 1402 als auch der Rückseite des Siliciumsubstrats erfolgt, die sehr kleine Öffnung, die zum Erzeugen von Nahfeldlicht wirksam ist, hauptsächlich durch einen kleinsten Bereich definiert. In solch einem Fall kann Nahfeldlicht durch Vergrößern der Distanz zwischen einer kleinsten Öffnung und einer unteren Fläche einer planaren Sonde wirksam erzeugt werden.
Es ist zu erwähnen, dass die Filmdicke t, die zuvor erläutert wurde, größer als eine Lichteindringlänge (Fortpflanzungslichtinfiltration in Bezug auf den Metallfilm) sein kann, wobei, selbst wenn geringer als die Eindringlänge, kein besonderes Problem außer einer bloßen Verringerung des Reflexionsvermögens auftritt. Das Vorsprungsmaß Δr und die Vorsprungsform unterscheiden sich in Abhängigkeit vom Verfahren und der Bedingung der Filmbildung. Im Falle von Verdampfung wird das Vorsprungsmaß aufgrund einer guten Richtungsbündelung verringert. Bei der Filmbildung innerhalb der Abschrägung jedoch wird der Film sogar zur Nachbarschaft der Öffnung ausreichend ausgebildet. Indessen nimmt beim Sputterverfahren das Vorsprungsmaß aufgrund des häufigen Auftretens eines tief liegenden Eintreffens zu. Bei der Filmbildung auf der Abschrägung besteht jedoch eine Tendenz einer geringeren Filmbildung in der Nachbarschaft der Öffnung.
Außerdem kann das Siliciumsubstrat in einem Fall des Verwendens von SOI (Silicium auf Isolator) dünn sein, oder dick, z.B. ungefähr 500, wie in einem üblichen Fall. Die Form und das Herstellungsverfahren der Abschrägung sind nicht nur durch anisotropes Ätzen, sondern können auch durch isotropes Ätzen sein, um eine gebogene Form bereitzustellen, so dass sie nicht besonders eingeschränkt sind. Außerdem kann ein Glassubstrat anstelle des Siliciumsubstrats eingesetzt werden, um eine Abschrägung durch isotropes Ätzen oder dergleichen zu bilden.
Bei dem zuvor. beschriebenen Herstellungsverfahren von optischen Nahfeldabtastköpfen in Beispiel 5 wird eine Öffnung in einem Siliciumsubstrat gebildet, die größer als eine Zielgröße oder Zielform ist, und ein Lichtreflexionsfilm, der auf einer Abschrägung der Öffnung und/oder einer Rückseite des Siliciumsubstrats zu bilden ist, wird im Ausmaß gesteuert, um dadurch eine Größe und Form einer sehr kleinen Öffnung zum Erzeugen von Nahfeldlicht zu steuern. Demgemäß ist es möglich, das Problem mit der Abweichung, die bei der mikroskopisch kleinen Ausbildung einer Öffnung im Siliciumsubstrat durch einen Ätzprozess oder dergleichen verursacht wird, durch einen vergleichsweise leicht zu steuernden Filmbildungsprozess zu lösen. Demnach kann eine planare Sonde mit Ausbeute erhalten werden.
(Beispiel 6)
Als Nächstes erfolgt eine Erläuterung eines anderen Herstellungsverfahrens für einen optischen Nahfeldabtastkopf mit einer sehr kleinen Öffnung, die in Größe und Form gesteuert wird. Wie in Beispiel 5 dargestellt wurde, wird eine sehr kleine Öffnung in einem Siliciumsubstrat gebildet, worauf eine Thermooxidation folgt. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Thermooxidationsfilm, der auf einer Oberfläche gebildet wird, in Abhängigkeit von einem Oxidationsgrad in der Filmdicke gesteuert werden. Da jedoch in dem Bereich, der oxidiert wird, eine volumetrische Änderung stattfindet, kann auch das Ausmaß dieser volumetrischen Änderung gesteuert werden. 20 ist eine Schnittansicht, welche eine Art und Weise veranschaulicht, wie eine volumetrische Änderung bewirkt wird und die sehr kleine Öffnung sich in der Größe ändert. Wie in 20 dargestellt, ändert die Bildung eines Thermooxidationsfilms 2005 die Form einer ersteren Abschrägung und einer sehr kleinen Öffnung (Wellenlinien in der Figur) in eine Form um, welche durch durchgehende Linien dargestellt ist.
Die Oxidation eines Siliciumsubstrats (für gewöhnlich eine Thermooxidation) bewirkt in Abhängigkeit von einer Oxidationsfilmdicke (für gewöhnlich höchstens ungefähr 1,2 Mikrometer) eine volumetrische Änderung. Obwohl die erstere Form durch gestrichelte Linien dargestellt ist, stellt die volumetrische Änderung eine Form mit durchgehender Linie bereit. Eine Oxidationsfilmregion wird nach außen und nach innen ungefähr 1:1 gebildet. Da die Dicke des Thermooxidationsfilms für gewöhnlich höchstens ungefähr 1,2 Mikrometer beträgt, kann die Öffnung nach innen um höchstens 600 Nanometer kleiner gemacht werden (ungefähr 1,2 Mikrometer im Durchmesser). Nach einer Innenimplantation oder dergleichen besteht die Möglichkeit, dass die Filmdicke weiter zunimmt.
Das Steuern der Oxidationsfilmdicke ermöglicht die Steuerung der volumetrischen Änderung, d.h. des Vorsprungsmaßes. Es ist zu beachten, dass, da der Oxidationsfilm für gewöhnliches Licht (sichtbares Licht usw.) durchlässig ist, für gewöhnlich eine Metallfilm beim Bilden einer sehr kleinen Öffnung erforderlich ist. Solch ein Metallfilm ist jedoch ausreichend, wenn er eine Abschattung bereitstellen kann, und er muss nicht so dick sein, wie in Beispiel 5 dargestellt wurde. Der Metallfilm kann entweder auf einer oberen Seite oder auf einer unteren Seite sein, wobei lediglich die Emissionsleistung von Licht durch die sehr kleine Öffnung geändert wird. Neben der Thermooxidation kann eine Ionenimplantation verwendet werden, da eine Ionenimplantation Silicium amorph macht und eine volumetrische Änderung bewirkt. Bei anderen Verfahren zum Bewirken einer volumetrischen Änderung gibt es keine Beschränkung auf Thermooxidation oder Ionenimplantation.
Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren eines optischen Nahfeldabtastkopf in Beispiel 6 wird eine Öffnung, die größer als eine Zielgröße oder eine Zielform ist, in einem Siliciumsubstrat gebildet, und es erfolgt eine Thermooxidation oder eine Ionenimplantation auf einer oder in eine Oberfläche, welche eine Abschrägung der Öffnung umfasst, wodurch eine Größe und eine Form einer sehr kleinen Öffnung zum Erzeugen von Nahfeldlicht definiert werden. Demgemäß ist es möglich, das Problem mit der Abweichung, welche durch die mikroskopisch kleine Ausbildung einer Öffnung im Siliciumsubstrat durch einen Ätzprozess oder dergleichen verursacht wird, durch vergleichsweise leicht zu steuernde Thermooxidations- oder Ionenimplantationsprozesse zu lösen. Demnach kann eine planare Sonde mit Ausbeute erhalten werden.
(Ausführungsform 1)
21 stellt eine Schnittansicht eines Teils eines optischen Nahfeldabtastkopfs 2100 gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung dar. Der optische Nahfeldabtastkopf 2100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist strukturiert durch ein ebenes Substrat 2101 mit einem Loch in Form einer umgekehrten Pyramide mit einer Spitze, die eine sehr kleine Öffnung bildet, einen Lichtwellenleiter 2103 zum Fortpflanzen von Licht zu der sehr kleinen Öffnung, einem Vorsprung 2102, der durch einen Teil des Lichtwellenleiters 2103 strukturiert ist und eine Pyramidenform aufweist, die von der sehr kleinen Öffnung vorsteht, und eine Lichtreflexionsschicht 2104, die auf einem Umfang des Lichtwellenleiters 2103 in einem Bereich mit Ausnahme des Vorsprungs 2102 ausgebildet ist, um das Licht zu reflektieren, das sich durch eine Innenseite des Lichtwellenleiters 2103 fortpflanzt. Der Lichtwellenleiter 2103 kann durch einen Kern zum Fortpflanzen von Licht und einen Mantel, der auf einem Außenumfang davon vorgesehen ist, strukturiert sein. Der Mantel weist ein Reflexionsvermögen auf, das im Vergleich zu einem Reflexionsvermögen des Kerns verhältnismäßig gering ist.
Obwohl in 1 nicht dargestellt, fällt das Licht, das von einer Laserlichtquelle oder durch eine Lichtleitfaser ausgegeben wird, an einem Lichteintrittsende 2105 in den Lichtwellenleiter 2103 ein und pflanzt sich zu einem Ende des Lichtwellenleiters 2103 fort, während es durch die Lichtreflexionsschicht 2104, die auf einem Umfang des Lichtwellenleiters 2103 ausgebildet ist, reflektiert wird. Aufgrund der Reflexionswirkung durch die Lichtreflexionsschicht 2104 kann dem Ende des Lichtwellenleiters 2103 eine größere Menge von Licht zugeführt werden. Das ebene Substrat 2101 ist mit einer optisch sehr kleinen Öffnung ausgebildet. Der Lichtwellenleiter 2103 steht an seinem Ende von der sehr kleinen Öffnung vor und bildet einen Vorsprung 2102 in Form einer Pyramide. Der Vorsprung 2102 hat eine Größe mit einer Höhe von weniger als 200 nm und einer Seitenlänge auf der unteren Fläche von weniger als 200 nm, wobei die Lichtreflexionsschicht 2104 nicht darauf ausgebildet ist. Da dieser Vorsprung 2102 durch einen Teil des Lichtwellenleiters 2103 strukturiert ist, pflanzt er eine größere Menge von Licht zum Vorsprung 2102 fort. Als Ergebnis kann eine größere Menge von Nahfeldlicht, das vom Fortpflanzungslicht umgewandelt wurde, in einem Umfang des Vorsprungs 2102 erzeugt werden, der von der sehr kleinen Öffnung vorsteht. Außerdem weist das Ende (der Vorsprung 2102) des pyramidenförmigen Lichtwellenleiters 2103, das von dem ebenen Substrat 2101 vorsteht, ein Verhältnis von Höhe zu einer Seite auf der unteren Fläche von ungefähr √ 3 - 2 : 2 auf und ist so strukturiert, dass eine Region, in welcher der Lichtwellenleiter in der Breite kleiner als eine Wellenlänge von Licht ist, sehr kurz ist. Als Ergebnis wird die Abschwächung der Lichtintensität in der Region, in welcher die Lichtwellenleiterbreite kleiner als eine Lichtwellenlänge ist, verringert, wodurch die Zufuhr von intensivem Nahfeldlicht durch den Vorsprung 2102 ermöglicht wird. Durch derartiges Anordnen des Vorsprungs 2102 in der Nähe, wo der größere Teil von Nahfeldlicht zu einer Probenoberfläche lokalisiert wird, kann Nahfeldlicht an einer Probenoberfläche gestreut werden, um optische Informationen über einen sehr kleinen Bereich von Licht abzuleiten (Beleuchtungsmodus).
Andererseits wird das Nahfeldlicht, das an einer Probenoberfläche lokalisiert wird, durch den Vorsprung 2102 am Ende des Lichtwellenleiters 2103 gestreut und als Fortpflanzungslicht abgeleitet und dann an einer Hinterseite des Lichteinführungsendes 2105 zu einem Detektor eingeführt. Dieser kann auch optische Informationen über einen sehr kleinen Bereich erfassen (Sammelmodus). Auch in diesem Fall kann, da die Region, in welcher die Lichtwellenleiterbreite im Vorsprung 2102 am Ende des Lichtwellenleiters 2103 kleiner als eine Lichtwellenlänge von Licht ist, ganz eng strukturiert ist, der größere Teil von Nahfeldlicht in Fortpflanzungslicht gestreut werden und mit einem geringen Fortpflanzungsverlust durch die Lichtreflexionsschicht 2104 zum Lichteinführungsende 2105 geleitet werden.
Wenn indessen Nahfeldlicht an der sehr kleinen Öffnung erzeugt wird, die auf dem ebenen Substrat vorgesehen ist, wie in einer planaren Sonde, die in der herkömmlichen Technik erörtert wurde, ist die Auflösung (das Auflösungsvermögen) eines erhältlichen optischen Bildes ungefähr in demselben Grad wie die Größe der Öffnung. In dem optischen Nahfeldabtastkopf 2100, der in 21 dargestellt ist, wird Nahfeldlicht jedoch um den Vorsprung 2102 als Teil des Lichtwellenleiters lokalisiert, der von der sehr kleinen Öffnung vorsteht und ein Auflösungsvermögen aufweist, das einem Krümmungsradius des Vorsprungendes entspricht. Demgemäß ist es möglich, ein optisches Bild mit einer Auflösung (einem Auflösungsvermögen) von dem optischen Bild, das durch die sehr kleine Öffnung erhalten wird, zu erfassen.
Obwohl außerdem in dem optischen Nahfeldabtastkopf 2100, der in 21 dargestellt ist, der Lichtreflexionsfilm 2104 nicht auf einem Umfang des Vorsprungs 2102, der von der sehr kleinen Öffnung vorsteht, ausgebildet ist, kann ein Lichtreflexionsfilm 2104 strukturell auf einem Umfang des Vorsprungs 2102 bereitgestellt und eine optische Öffnung an einem Ende des Vorsprungs 2102 gebildet werden. In diesem Fall kann einer Nachbarschaft des Endes des Vorsprungs 2102 durch die Wirkung des Lichtreflexionsfilms 2104, der auf einem Umfang des Vorsprungs 2102 ausgebildet ist, eine größere Menge von Licht zugeführt werden.
22 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess für den optischen Nahfeldabtastkopf veranschaulicht, der in 21 dargestellt ist.
Zuerst verwendet ein Substrat bei Schritt S501 ein Siliciumsubstrat 2200, das ein Monokristallsilicium mit einer planaren Orientierung von (100) ist. Es ist auch möglich, ein Monokristallsilicium mit einer planaren Orientierung von (110) oder (111), einen dielektrischen Kristall, wie beispielsweise von Glas und Quarz, oder einen Halbleiterkristall, wie beispielsweise GaAs, zu verwenden.
Als Nächstes wird bei Schritt S502 durch ein Ätzverfahren mit Anisotropie für Silicium eine Aussparung 2201 in Form einer umgekehrten Pyramide im Siliciumsubstrat 2200 gebildet. Ein Thermooxidationsfilm als ein Maskenmaterial wird auf dem Substrat gebildet und in gewünschten Bereichen durch Fotolithografie und Ätzen gemustert, um dadurch das Silicium freizulegen. Das Ätzen erfolgt auf dem Silicium in gemusterten Bereichen durch anisotropes Kristallachsätzen mit einer Kaliumhydroxidlösung oder einer Tetramethylammoniumhydroxidlösung. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Aussparung 2201 in Form einer umgekehrten Pyramide gebildet, welche von vier Flächen umgeben ist, die der Ebene (111) entsprechen. Außerdem kann die Aussparung 2201 alternativ zum Eintauchen in eine Ätzlösung durch Verwenden anisotropen Trockenätzens, z.B. durch eine Vorrichtung für reaktives Ionenätzen (RIE), gebildet werden. Das Maskenmaterial kann SiO₂ oder einen Nitridfilm anstelle des Thermooxidfilms verwenden. Danach wird der Thermooxidfilm als ein Maskenmaterial durch eine Mischlösung aus Fluorwasserstoffsäure und Ammoniumfluorid entfernt.
Als Nächstes wird bei Schritt S503 eine Lichtreflexionsschicht 2202 gebildet. Die Filmbildung erfolgt durch ein Vakuumverdampfungsverfahren derart, dass ein reflektierender Metallfilm aus Au, Al oder dergleichen bis zu einem untersten Teil der Aussparung 2201 vergraben wird. Das Bedeckungsverfahren kann ein Sputterverfahren oder ein Ionenplattierungsverfahren verwenden. Die Bereitstellung eines Lichtreflexionsfilms 2202 macht es möglich, das Licht, das sich durch den Lichtwellenleiter fortpflanzt, zur Öffnung zu leiten, wobei er auch als ein Abschattungsfilm gegen externes Licht dient.
Als Nächstes wird bei Schritt S504 ein Dielektrikum als ein Lichtwellenleiter 2203 über einer oberen Oberfläche des Lichtreflexionsfilms 2202 filmgebildet. Das Material für den Lichtwellenleiter 2203 kann ein dielektrisches Material, wie beispielsweise Siliciumoxid oder Siliciumnitrid, oder ein Polymermaterial, wie beispielsweise Polyimid oder Polymethacrylat, verwenden. Im Falle von Siliciumoxid als dielektrisches Material erfolgt die Bildung leicht durch eine Sputtertechnik, eine CVD-Technik oder eine Vakuumverdampfungstechnik. Der Lichtwellenleiter 2203 kann durch einen Kern und einen Mantel mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen gebildet werden. In diesem Fall pflanzt sich Licht durch Totalreflexion durch den Kern fort, wodurch ein Fortpflanzungsverlust verringert wird.
Als Nächstes wird bei Schritt S505 das Substrat an der Rückseite geätzt, um im Substrat einen mikroskopisch kleinen Vorsprung 2204 in Form einer Pyramide zu bilden, der durch einen Lichtreflexionsfilm 2202 bedeckt wird. Das Substrat wird in der Dicke durch Ätzen des Siliciumsubstrats 2200 an seiner Rückseite reduziert. Das Ätzen wird bei der Bildung eines mikroskopisch kleinen pyramidenförmigen Vorsprungs 2204 des Lichtreflexionsfilms 2202 beendet. Die Pyramide wird zu einer Größe einer Seite von ungefähr 50 nm bis 3 μm ausgebildet. Das Ätzen auf dem Siliciumsubstrat 2200 kann Nassätzen oder Trockenätzen verwenden.
Als Nächstes wird bei Schritt S506 der Metallfilm als der Lichtreflexionsfilm 2202 von der Rückseite des Substrats geätzt, um eine sehr kleine Öffnung mit einer Größe einer Seite von 50 bis 200 nm zu bilden. Gleichzeitig wird ein Vorsprung 2205 als ein Teil des Lichtwellenleiters gebildet, von dem der Lichtreflexionsfilm entfernt wird. Das Ätzmaß des Metallfilms wird gesteuert, um eine Größe der Öffnung im Metallfilm einzustellen. Dies führt zur Bildung eines mikroskopisch kleinen pyramidenförmigen Vorsprungs 2205 aus einem dielektrischen Material, der an einem Ende des Lichtwellenleiters 2203 angeordnet ist. Bei einem AFM-Vorgang stellt dieser Vorsprung 2205 an seiner Spitze die Funktion einer Sonde bereit. Das Ätzen auf dem Metallfilm kann Trockenätzen oder Nassätzen verwenden.
Als Nächstes wird bei Schritt S507 der Lichtwellenleiter 2203 durch Verwenden einer Fotolithografietechnologie und Ätzen zu einer Form ausgebildet. Wenn eine Fotolithografietechnologie zur Verwendung im üblichen Halbleiterprozess verwendet wird, wird ein Maskenmaterial zum Schutz gegen Ätzen auf den Lichtwellenleiter 2203 gelegt, und das Maskenmaterial wird gemustert. Danach wird der Lichtwellenleiter 2203 geätzt, und das Maskenmaterial wird entfernt. Somit kann der Lichtwellenleiter 2203 gemustert werden. Um die Rauheit an einer Endfläche des Lichtwellenleiters 2203 zu verringern, verwendet das Ätzen auf dem Maskenmaterial und dem Lichtwellenleitermaterial anisotropes Trockenätzen, wie durch reaktives Ionenätzen oder Induktionsplasmaätzen gebildet. Das Maskenmaterial verwendet amorphes Silicium, Polysilicium, einen Metallfilm, wie beispielsweise aus Cr, Al, WSi, Ni und Au, oder ein Photoresist.
Als Nächstes wird bei Schritt S508 ein Lichtreflexionsfilm 2206 auf einer oberen Oberfläche des Lichtwellenleiters 2203 filmgebildet. Ein Metallfilm, wie beispielsweise aus Au oder Al, mit hohem Reflexionsvermögen wird durch eine Vakuumverdampfungstechnik gebildet. Das Bedeckungsverfahren kann eine Filmbildung unter Verwendung einer Sputtertechnik oder Ionenplattiertechnik verwenden. Die Bereitstellung eines Lichtreflexionsfilms 2206 macht es möglich, das Licht, das sich durch eine Innenseite des Lichtwellenleiters 2203 fortpflanzt, auf die Öffnung zu fokussieren, wobei er auch als ein Abschattungsfilm gegen externes Licht dient.
Der optische Nahfeldabtastkopf 2100, der in 21 dargestellt ist, kann durch das Verfahren, wie zuvor dargelegt, hergestellt werden. Der optische Nahfeldabtastkopf 2100, der in 21 dargestellt ist, kann jedoch auf eine ähnliche Weise hergestellt werden, wenn die Prozesse von Schritt S507 und S508 vor den Prozessen von Schritt S505 und S506 durchgeführt werden.
Wie bereits erwähnt, ist der optische Nahfeldabtastkopf 2100 von Ausführungsform 1 der Erfindung so strukturiert, dass er eine Funktion des Reflektierens von Licht hat. Außerdem weist in der Nachbarschaft der Öffnung des Lichtreflexionsfilms 2104, die an einem Ende des Lichtwellenleiters positioniert ist, die Region, in welcher die Lichtwellenleiterbreite kleiner als eine Lichtwellenlänge ist, eine schmale Struktur auf, um Lichtverlust um den Vorsprung 2102 herum zu verringern. Der Vorsprung 2102, der nicht durch den Lichtreflexionsfilm 2104 bedeckt ist, kann leicht verstärktes Nahfeldlicht erzeugen. Außerdem ist es möglich, eine optische Bildmessung oder Oberflächenformbeobachtung mit einer Auflösung durchzuführen, die einem Krümmungsradius am Ende des Vorsprungs 2102 entspricht.
Indessen wird, da die sehr kleine Öffnung und der Vorsprung zum Erzeugen von Nahfeldlicht durch die Technologie zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsprozess leicht gebildet werden können, ein matrixförmiges Anordnen ermöglicht, um eine Mehrzahl von optischen Nahfeldabtastköpfen auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat zu bilden. Da die Herstellung durch den Siliciumprozess erfolgt, ist es außerdem möglich, einen Stapelprozess zu realisieren, so dass eine Massenproduktion möglich ist. Aufgrund der Herstellung durch den kollektiven Prozess auf der Halbleiterscheibe werden außerdem Änderungen reduziert. Außerdem werden die Produktcharakteristiken stabilisiert. Darüber hinaus kann die Größe der Sonde verringert werden, und demgemäß nimmt die Anzahl je Halbleiterscheibe zu, wodurch die Kosten gesenkt werden.
In dem Fall, in dem ein Material, auf welches ein Phasenänderungsaufzeichnungsmedium auftragbar ist, für ein Material eines Aufzeichnungsmediums verwendet wird, ist die Erhöhung der optischen Dichte ein wichtiger Faktor, da ein Aufzeichnen davon einen Wärmemodus mit optischer Energie verwendet. Demgemäß besteht für einen optischen Speicher, welcher Nahfeldlicht verwendet, ein Wunsch, eine ausreichend hohe Intensität von Nahfeldlicht zu erzeugen. Im optischen Speicherkopf der Erfindung wird die Erhöhung der Intensität von Nahfeldlicht durch die Fokussierungswirkung der Lichtreflexionsschicht, die in 21 dargestellt ist, in einer Richtung zur Öffnung oder die Verringerung der Breite des Lichtwellenleiters auf eine Wellenlänge oder weniger durch die Pyramidenform am Ende des Lichtwellenleiters erreicht. Außerdem ist das Auslesen und Schreiben von Daten in einem Bitintervall entsprechend einem Durchmesser des Endes des mikroskopisch kleinen Vorsprungs, der in 21 dargestellt ist, möglich, wodurch die Erhöhung der Speicherbitdichte des optischen Speichers realisiert wird. Die zuvor dargelegten Erläuterungen sind über einen Beleuchtungsmodus in einem so genannten optischen Nahfeldmikroskop, wobei Nahfeldlicht durch Fokussieren von Licht auf einen Vorsprung eines optischen Speicherkopfs erzeugt wird. Der optische Nahfeldabtastkopf gemäß der Erfindung ist jedoch auch in einem so genannten Sammelmodus wirksam, wobei die Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums durch ein anderes optisches System mit Licht beleuchtet wird, derart dass ein mikroskopisch kleiner Vorsprung Nahfeldlicht erfasst, das durch eine mikroskopisch kleine Informationsaufzeichnungsstruktur auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums erzeugt wird. In solch einem Fall wird das Nahfeldlicht, das durch den Vorsprung erfasst wird, in Streulicht umgewandelt, pflanzt sich durch den Lichtwellenleiter fort und erreicht das Lichteintrittsende. Demgemäß wird ein Fotodetektor in der Nähe des Lichteintrittsendes angeordnet.
Außerdem wird der optische Nahfeldabtastkopf zur Verwendung als ein optischer Speicherkopf gemäß Ausführungsform 1 durch den üblichen Halbleiterprozess gebildet und kann infolgedessen leicht in einer Mehrzahl auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat zweidimensional angeordnet werden.
23 stellt eine Struktur einer Matrix von optischen Nahfeldabtastköpfen 2300 dar, wobei die optischen Speicherköpfe auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat zweidimensional angeordnet sind. Ein Lichtwellenleiter 2303 ist so ausgebildet, dass das Licht, das von einer Lichtquelle 2302 leuchtet, zu oberen Vorsprungsflächen von vier optischen Nahfeldabtastköpfen 2301 geleitet wird. Das Licht, das durch die Lichtquelle 2302 geleuchtet wird, wird auf ein Eintrittsende des Lichtwellenleiters 2303, das an einer Endfläche des Siliciumsubstrats 2304 vorhanden ist, geleuchtet und trifft auf den Lichtwellenleiter 2303 auf. Das auftreffende Licht tritt durch den Lichtwellenleiter 2303 hindurch und wird wirksam zu Nachbarschaften von Vorsprüngen der optischen Speicherköpfe 2301 geleitet, während es durch Lichtreflexionsfilme reflektiert wird, die auf Abschrägungen ähnlich 21 vorgesehen sind. Durch das geleitete Licht wird Nahfeldlicht an jedem Vorsprung erzeugt. In der in 23 dargestellten Matrix von optischen Nahfeldabtastköpfen 2300 für eine Lichtquelle werden die vier optischen Nahfeldabtastköpfe 2301 auf einem Siliciumsubstrat 2304 beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern es können verschiedene Kombinationen realisiert werden.
Da, wie bereits erwähnt, die optischen Nahfeldabtastköpfe zur Verwendung als ein optischer Kopf gemäß Ausführungsform 1 in einer Mehrzahl auf einem gemeinsamen Siliciumsubstrat zweidimensional angeordnet werden können, wird die Kopfabtastung über ein Aufzeichnungsmedium auf ein Minimum reduziert. Demnach ist optisches Speichern und Lesen mit hoher Geschwindigkeit möglich. Außerdem kann durch Anpassen des Anordnungsintervalls an ein Informationsaufzeichnungseinheitenintervall auf dem Aufzeichnungsmedium Verfolgungslosigkeit realisiert werden.
(Ausführungsform 2)
24 stellt eine Schnittansicht eines Teils eines optischen Nahfeldabtastkopfs 2400 gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung dar.
In 24 ist der optische Nahfeldabtastkopf 2400 gemäß Ausführungsform 2 ähnlich dem optischen Nahfeldabtastkopf 2100 gemäß Ausführungsform 1 strukturiert durch ein ebenes Substrat 2401 mit einer sehr kleinen Öffnung, einen pyramidenförmigen Vorsprung 2402, der von der sehr kleinen Öffnung vorsteht, um Nahfeldlicht zu erfassen und zu leuchten, einen Lichtwellenleiter 2403 zum Fortpflanzen von Licht zum Vorsprung, und eine Lichtreflexionsschicht 2404, welche auf einem Umfang des Lichtwellenleiters ausgebildet ist, um Licht zu reflektieren, das sich durch den Lichtwellenleiter fortpflanzt.
Im optischen Nahfeldabtastkopf 2400 gemäß Ausführungsform 2 ist, wie in 24 dargestellt, ein Loch im ebenen Substrat 2401 ausgebildet, das durch zweistufige Neigungsflächen mit unterschiedlichem Winkel ausgebildet ist. Die Neigungsfläche, welche nahe am Eingang des Lochs ist, weist eine breitere Form auf. Folglich ist der Lichtwellenleiter 2403, der auf den Neigungsflächen ausgebildet ist, in der Form an zwei Punkten gekrümmt. In diesem Fall hat das Fortpflanzungslicht einen Brechungswinkel, der an einem Krümmungspunkt des Lichtwellenleiters 2403 gering ist, wo der Lichtfortpflanzungsverlust verringert wird. Als Ergebnis wird der Lichtfortpflanzungsverlust an den beiden Krümmungspunkten, die im Lichtwellenleiter 2403 ausgebildet sind, total reduziert, wodurch es ermöglicht wird, eine Probe mit einer größeren Menge von Licht zu beleuchten.
Im Übrigen stellte 24 das ebene Substrat mit dem Loch dar, das durch zwei Stufen von Neigungsflächen mit unterschiedlichem Winkel strukturiert war. Alternativerweise ist es natürlich möglich, ein ebenes Substrat mit einem Loch zu verwenden, das durch drei Stufen, vier Stufen oder einer Vielzahl von Stufen von Neigungsflächen strukturiert ist, ohne auf zwei Stufen beschränkt zu sein.
Der optische Nahfeldabtastkopf von Ausführungsform 2 kann durch einen Prozess ähnlich dem Herstellungsverfahren für den optischen Nahfeldabtastkopf von Ausführungsform 1 hergestellt werden. Bei Verwenden eines Siliciumsubstrats 2200, das so strukturiert ist, dass es eine Aussparung einer umgekehrten Pyramide im Substrat, das bei Schritt S501 dargestellt ist, aufweist, wird bei Schritt S512 wieder ein Thermooxidationsfilm als ein Maskenmaterial auf dem Substrat gebildet. Das Mustern erfolgt in gewünschten Positionen durch Fotolithografie und Ätzen, um Silicium freizulegen, um dadurch das Silicium beim Mustern zu ätzen. In diesem Fall wird bei S111 Silicium freigelegt und über einen breiteren Bereich geätzt, welcher die geätzten Punkte umfasst. Als Ergebnis entsteht eine Oberfläche, welche sich in der planaren Orientierung von einer tangentialen Linie einer (100)-Ebene und einer (111)-Ebene des Siliciumsubstrats unterscheidet. Demnach wird ein Siliciumsubstrat hergestellt, das eine Aussparung 2207 mit zwei Stufen von Neigungsflächen mit unterschiedlichem Winkel aufweist, wie bei Schritt S512 dargestellt.
Danach werden die Prozesse von Schritt S503 bis S508 ähnlich wie beim optischen Nahfeldabtastkopf von Ausführungsform 1, der in 22 dargestellt ist, durchgeführt, um dadurch einen optischer Nahfeldabtastkopf 2400 von Ausführungsform 2 herzustellen, der in 24 dargestellt ist.
Wie bereits erwähnt, wird im optischen Nahfeldabtastkopf von Ausführungsform 2 der Erfindung der Lichtwellenleiter in mehreren Stufen gekrümmt, um den Brechungswinkel von Fortpflanzungslicht an einem Krümmungspunkt zu reduzieren, um dadurch den Lichtfortpflanzungsverlust an den Krümmungspunkten total zu reduzieren, wodurch es möglich gemacht wird, eine größere Menge von Licht auf einen Vorsprung zum Erzeugen von Nahefeldlicht zu leuchten und infolgedessen verstärktes Nahfeldlicht leicht zu erzeugen. Außerdem kann ein optisches Bild mit einer Auflösung erhalten werden, die einem Durchmesser des Endes des Vorsprungs entspricht.
Indessen kann ähnlich Ausführungsform 1, da die sehr kleine Öffnung und der Vorsprung durch die Technologie zur Verwendung im Halbleiterherstellungsprozess gebildet werden können, das Siliciumsubstrat mit solch einem Vorsprung als eine planare Sonde zum Erzeugen von Nahfeldlicht verwendet werden und eine kompakte Struktur aufweisen, welche insbesondere ein matrixförmiges Anordnen ermöglicht, um eine Mehrzahl von Vorsprüngen auf einem gemeinsamen Substrat zu bilden. Außerdem ermöglicht die Herstellung durch den Siliciumprozess eine Stapelverarbeitung, so dass eine Massenproduktion möglich ist. Darüber hinaus verringert die Herstellung mit kollektiven Prozessen auf der Halbleiterscheibe Änderungen und stabilisiert ferner die Produktcharakteristiken. Außerdem kann die Größe der Sonde reduziert werden, und die Anzahl je Halbleiterscheibe nimmt zu, wodurch die Kosten gesenkt werden.
Wie bereits erwähnt, sind die optischen Nahfeldabtastköpfe gemäß Ausführungsform 1 und 2 außer als optischer Nahfeldabtastkopf für Vorrichtungen zum Aufzeichnen und Auslesen auch als ein optischer Nahfeldabtastkopf für optische Mikroskope verwendbar. Bei Verwenden des Vorsprungsendes ist es auch möglich, eine Oberflächenform zu beobachten oder eine mikroskopisch kleine Struktur zu bilden, wobei eine Interaktion, wie beispielsweise von Tunnelstrom oder interatomarer Kraft, verwendet wird. Andererseits kann ein Magnetfilm auf dem Ende angeordnet werden, um ein Magnetfeld auf einer Oberfläche einer Probe zu beobachten.
(Beispiel 7)
Im Folgenden werden Beispiele, die lediglich als ein Hintergrund zur Erfindung bereitgestellt werden, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 25 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 2500 gemäß Beispiel 7 darstellt. In dem optischen Nahfeldabtastkopf 2500, der in 25 dargestellt ist, ist ein Lichtwellenleiter 2501 durch einen Mantel 2502, einen Kern 2503 und einen Mantel 2504 strukturiert, wobei das Laserlicht La von einer Laserlichtquelle (nicht dargestellt) mit geringem Verlust fortgepflanzt wird.
Außerdem ist der Lichtwellenleiter 2501 aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise einem quarzbasierten Material oder Polymer, gebildet und durch den Mantel 2502, den Kern 2503 und den Mantel 2504 strukturiert. Hierbei ist der Lichtwellenleiter 2501 derart strukturiert, dass der Kern 2503 ein Reflexionsvermögen aufweist, das größer als ein Reflexionsvermögen des Mantels 2502 und des Mantels 2504 ist. Der Mantel 2502 ist durch Auftragen eines Siliciumdioxidfilms durch eine Technik, wie beispielsweise chemisches Aufdampfen (CVD für engl. Chemical Vapor Deposition), Sputtern oder Verdampfung, ausgebildet. An einem Ende davon ist ein umgekehrtes kegelförmiges Abschrägungsloch 2502a ausgebildet, dessen Durchmesser in einer Kegelform in einer Richtung von einer Oberfläche zu einer Rückseite allmählich kleiner wird. Dieses Abschrägungsloch 2502a weist eine Spitze auf, die als eine sehr kleine Öffnung 2502b mit einem Durchmesser von mehreren Dutzend Nanometern ausgeführt ist. Das heißt, der Mantel 2502 weist die sehr kleine Öffnung 2502b an einer Rückseite davon ausgebildet auf. Nahfeldlicht P wird in der Nachbarschaft der sehr kleinen Öffnung 2502b erzeugt.
Der Kern 2503 ist durch Auftragen eines Siliciumdioxids auf eine Oberfläche des Mantels 2502 und entlang des Abschrägungslochs 2502a ausgebildet und durch einstückiges Ausbilden eines geraden Kernabschnitts 2503a in einer geraden Form und eines spitzen Kernabschnitts 2503b, der das Abschrägungsloch 2502a schließt, strukturiert. Der Mantel 2504 ist ebenfalls durch Auftragen von Siliciumdioxid auf eine Oberfläche des Kerns 2503 ausgebildet.
Indessen weist der Lichtwellenleiter 2501 an einem Ende 2501a ein Neigungsende T1 mit einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf den geraden Kernabschnitt 2503a des Kerns 2503 auf. An dem einen Ende T1 ist ein Reflexionsfilm 2505 durch einen Metallfilm aus Aluminium (Al), Chrom (Cr), Gold (Au) oder dergleichen oder einem dielektrischen Mehrschichtfilm ausgebildet. Dieser Reflexionsfilm 2505 dient, um das Laserlicht La, das sich durch den geraden Kernabschnitt 2503a des Kerns 2503 in der Figur nach links zur sehr kleinen Öffnung 2502b fortpflanzt, durch eine Reflexionsfläche 2505a zu reflektieren.
Das Substrat 2506 ist aus Silicium, Glas und dergleichen in einer Plattenform ausgebildet und durch einen Klebstoff oder dergleichen auf eine Oberfläche des Mantels 2504 gebunden (Lichtwellenleiter 2501). Im Übrigen können das Substrat 2506 und der Mantel 2504 (Lichtwellenleiter 2501) durch Anodenbindung gebunden sein. Hierbei bezieht sich Anodenbindung auf eine Bindung infolge einer Ionenbindung, die in einer Grenzfläche durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen dem Substrat 2506 und dem Mantel 2504 bewirkt wird.
In der zuvor beschriebenen Struktur, in welcher der optische Nahfeldabtastkopf 2500 beim Aufzeichnen und Auslesen durch einen optischen Speicher angewendet wird, wird ein nicht dargestelltes Aufzeichnungsmedium unter dem optischen Nahfeldabtastkopf 2500 angeordnet. Das Aufzeichnungsmedium ist ein ebenes Substrat, zum Beispiel in einer Scheibenform, und aus einem Material gebildet, das bei einem optischen Aufzeichnen/Auslesen in einem Phasenverschiebungsaufzeichnungsschema, einem magnetooptischen Aufzeichnungsschema, einem fotochromen Aufzeichnungsschema oder dergleichen angewendet werden kann, so dass ein Aufzeichnen von Information darauf durch lokal leuchtendes Licht erfolgen kann. Außerdem wird das Aufzeichnungsmedium während des Aufzeichnens/Auslesens durch einen nicht dargestellten Antriebsmechanismus mit hoher Geschwindigkeit gedreht.
Da in diesem Fall außerdem das Nahfeldlicht P, das in der Nachbarschaft der sehr kleinen Öffnung 2502b erzeugt wird, auf das Aufzeichnungsmedium wirken gelassen wird, besteht eine Notwendigkeit, die Distanz zwischen der sehr kleinen Öffnung 2502b und dem Aufzeichnungsmedium ungefähr auf einen Durchmesser der sehr kleinen Öffnung 2502b zu bringen. Demgemäß wird in diesem Beispiel ein Schmiermittel zwischen den optischen Nachfeldabtastkopf 2500 und das Aufzeichnungsmedium gefüllt. Durch Verwenden einer Oberflächenspannung des Schmiermittels wird die Distanz zwischen dem optischen Nahfeldabtastkopf 2500 und einer Aufzeichnungsoberfläche des Aufzeichnungsmediums ausreichend klein gehalten. Außerdem dient das Schmiermittel, um zu bewirken, dass der optische Nahfeldabtastkopf 2500 der Biegung, die in einer Drehachsrichtung des Aufzeichnungsmediums während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung auftritt, in Position nachfolgt. Außerdem kann das Mittel zum Stellen der Distanz zwischen der sehr kleinen Öffnung 2502b und der Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsmediums auf ungefähr den Durchmesser der sehr kleinen Öffnung 2502b das Schema eines fliegenden Kopfs anwenden, das in der herkömmlichen Hartplatte verwendet wird.
In solch einem Zustand wird der optische Nahfeldabtastkopf 2500 durch einen nicht dargestellten Steuermechanismus für einen optischen Nahfeldabtastkopf derart gesteuert, dass die sehr kleine Öffnung 2502b des optischen Nahfeldkopfs 2500 in einer gewünschten Position auf einer Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsmediums positioniert wird. Wenn das Laserlicht La, das von einer nicht dargestellten Laserlichtquelle ausgesendet wird, auf die Eintrittsendfläche des Kerns 2503 des Lichtwellenleiters 2501 auftrifft, pflanzt sich das Laserlicht La anschließend durch den geraden Kernabschnitt 2503a in der Figur nach links fort und wird dann durch die Reflexionsfläche 2505a des Reflexionsfilms 2505 zur sehr kleinen Öffnung 2502b reflektiert. Infolgedessen wird Nahfeldlicht P in der Nachbarschaft der sehr kleinen Öffnung 2502b oder, anders gesagt, in einem mikroskopisch kleinen Raum zwischen der sehr kleinen Öffnung 2502b und der Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsmediums erzeugt.
Die Interaktion des Nahfeldlichts P und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums bewirkt, dass Fortpflanzungslicht unter Einschluss von Eigenschaften von Intensität, Phase usw. in Abhängigkeit von einem Aufzeichnungszustand auf der Aufzeichnungsoberfläche zu einem nicht dargestellten Lichtempfangselement geleitet wird, wo es in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Dieses wird über eine nicht dargestellte Signalleitung zu einem nicht dargestellten Signalverarbeitungsabschnitt gesendet, wo ein bestimmter eines Aufzeichnungszustands eines Informationsaufzeichnungspunkts.
Die Informationsaufzeichnung auf das Aufzeichnungsmedium erfordert es, Nahfeldlicht P durch die sehr kleine Öffnung 2502b zu leuchten, wie zuvor beschrieben. Zum Auslesen von Informationen, die auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sind, ist es jedoch möglich, eine Struktur zum Erfassen von Nahfeldlicht an der sehr kleinen Öffnung 2502b oder eine Struktur zum Leuchten von Nahfeldlicht und Erfassen von Signallicht bei Verwenden einer gleichen sehr kleinen Öffnung 2502b bereitzustellen.
Als Nächstes wird ein Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf 2500 gemäß dem zuvor beschriebenen Beispiel 7 unter Bezugnahme auf 26(a) bis 26(f) erläutert. Zunächst wird in 26(a) ein Mantel 2502 durch eine zuvor dargelegte CVD-, Sputter-, Verdampfungs- oder ähnliche Technik derart auf eine Oberfläche eines Siliciumsubstrats 10 aufgetragen, dass ein dünner Film von Siliciumdioxid 200 nm bis 50 μm dick wird. Dann wird eine Fotolithografietechnik verwendet, um ein Abschrägungsloch 2502a im Mantel 2502 zu bilden.
Insbesondere wird ein Stiftloch mit einem Durchmesser von 100 nm bis 1 μm in einem Photoresistteil gebildet, der auf eine Oberfläche des Mantels 2502 aufgetragen ist, und dann erfolgt ein Ätzen durch eine isotrope Trockenätztechnik. Dies ätzt gleichzeitig den Photoresistteil und den Mantel 2502 in der Nachbarschaft des Stiftlochs mit derselben Ätzrate lateral und vertikal. Als Ergebnis wird ein Abschrägungsloch 2502a in einer Kegelform im Mantel 2502 gebildet, wie in der Figur dargestellt. Hierbei kann der Abschrägungswinkel des Abschrägungslochs 2502a durch Einstellen einer selektiven Ätzrate des Mantels 2502 und des Photoresistmittels geändert werden. Außerdem kann anistropes Ätzen verwendet werden, um die selektive Ätzrate des Mantels 2502 und des Photoresists einzustellen, um dadurch eine gewünschte Form eines Abschrägungslochs 2502a zu bilden.
Dann wird ein Silciumdioxidfilm aufgetragen und durch eine ähnliche Technik wie die Technik zur Bildung des Mantels 2502 zu einer Dicke von 2 μm bis 10 μm ausgebildet, derart dass er sich entlang einer Oberfläche des Mantels 2502 erstreckt und das Abschrägungsloch 2502a schließt, um dadurch einen Kern 2503 zu bilden. Als Nächstes wird durch eine ähnliche Technik ein dünner Siliciumdioxidfilm auf eine Oberfläche des Kerns 2503 aufgetragen und zu einer Dicke von 200 nm bis 50 μm ausgebildet, um dadurch einen Mantel 2504 zu bilden. Dies bildet einen Lichtwellenleiter 2500 mit dem Mantel 2502, dem Kern 2503 und dem Mantel 2504 auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 2510.
Hierbei gibt es zwei Techniken als eine Technik, um das Brechungsvermögen des Kerns 2503 größer als das Brechungsvermögen des Mantels 2502, 2504 zu machen. Im Falle eines Verringerns des Brechungsvermögens des Mantels 2502, 2504, kann Fluor (F) während der Filmbildung des Mantels beigegeben werden. Andererseits kann im Falle eines Erhöhens des Brechungsvermögens des Kerns Germanium (Ge) während der Filmbildung des Kerns beigegeben werden. Wenn indessen ein Siliciumdioxidfilm aufgetragen und zum Beispiel durch CVD oder Sputtern gebildet wird, kann das Brechungsvermögen durch Einstellen des Gasdrucks oder der Auftragsspannung während der Filmbildung eingestellt werden, obwohl vom Filmbildungsverfahren abhängig.
Als Nächstes wird in 26(c) durch die Fotolithografietechnik ein Photoresistmuster zum Bilden einer Endfläche T1 auf dem Lichtwellenleiter 2501 gebildet, und dann wird der Lichtwellenleiter 2501 in seiner Gesamtheit abschrägungsgeätzt. Für die Technik dieses Abschrägungsätzens wird eine entsprechende Auswahl unter den Techniken getroffen, die im Folgenden in Punkt (1) bis (3) angegeben sind.

(1) Unter Verwendung eines Photoresistmusters als eine Maske wird in einem Zustand, in dem die Ätzrate für das Photoresist und das Siliciumdioxid als Strukturmaterial für den Lichtwellenleiter 2501 entsprechend ausgewählt wird, ein isotropes Ätzen durchgeführt. Infolgedessen wird eine Endfläche T1 in einem Winkel, der von einem Ätzratenunterschied zwischen dem Photoresistmaterial und dem Siliciumdioxid abhängt, derart gebildet, dass der Lichtwellenleiter 2501 an einem Ende 2501a eine Form aufweist, die in Figur dargestellt ist.
(2) Ein Photoresistmuster wird auf einer Oberfläche des Lichtwellenleiters 2501 gebildet, und dann erfolgt isotropes Ätzen. Infolgedessen wird eine Endfläche T1 durch Unterätzen derart gebildet, dass ein Ende 2501a zu einer Form ausgebildet wird, die in der Figur dargestellt ist.
(3) Ein kegelförmiges Photoresistmuster wird auf einer Oberfläche des Lichtwellenleiters 2501 in einer Weise gebildet, die einer Endfläche T1 entspricht. Dann wird ein Ätzen nach dem Übertragungsschema so durchgeführt, dass ein anisotropes Ätzen in einem Zustand erfolgt, in dem die Ätzrate für das Siliciumdioxid als Strukturmaterial für den Lichtwellenleiter 2501 und das Photoresist entsprechend ausgewählt wird. Dies bildet eine Endfläche T1 mit einer Form des einen Endes 2501a, die in der Figur dargestellt ist.

Dann wird in 26(d) ein Metallfilm, ein dielektrischer Mehrschichtfilm oder dergleichen aus Aluminium (Al), Chrom (CR) oder dergleichen über eine gesamte Oberfläche des Lichtwellenleiters 2501 (Siliciumsubstrat 2510) durch eine CVD-, Sputter- oder ähnliche Technik ausgebildet, wie zuvor erwähnt. Als Nächstes werden die Filme mit Ausnahme des Reflexionsfilms 2505, der in der Figur dargestellt ist, durch Fotolithografie und Ätzen entfernt. Im Übrigen kann der Reflexionsfilm 2505 in einem Prozess, auf den im Folgenden in 26(e) oder 26(f) Bezug genommen wird, in einer Richtung von links der Figur aufgetragen und ausgebildet werden.
Als Nächstes wird in 26(e) durch Anodenbindung oder Klebstoff, wie zuvor erwähnt, ein Substrat 2506 auf eine Oberfläche des Lichtwellenleiters 2501 (Mantels 2504) gebunden. Als Endprozess wird in 26(f) durch Verwenden von Kaliumhydroxid (KOH) oder Tetramehtylammoniumhydroxid (TMAH) ein Nassätzen auf dem Siliciumsubstrat 2510, das in 26(e) dargestellt ist, durchgeführt, um das Siliciumsubstrat 2510 zu entfernen. Indessen kann das Siliciumsubstrat 2510 durch Hochgeschwindigkeitstrockenätzen entfernt werden. Infolgedessen wird ein optischer Nahfeldabtastkopf 2500 hergestellt.
Wie bereits erwähnt, verwendet der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 7 den Lichtwellenleiter anstelle einer herkömmlichen Lichtleitfaser, wodurch er eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht aufweist. Demgemäß ist es möglich, einer Ansprechgeschwindigkeit eines Rückkopplungssystems, das ein Hochgeschwindigkeitsansprechverhalten erfordert, zu folgen und schließlich ein Aufzeichnen und Auslesen mit hoher Dichte durchzuführen.
Außerdem ist der zuvor beschriebene optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 7 so strukturiert, dass er das Laserlicht von einer Laserlichtquelle zu einer Position in unmittelbarer Nähe zu der sehr kleinen Öffnung leitet. Demgemäß kann der Fortpflanzungsverlust im Vergleich zum herkömmlichen drastisch reduziert werden.
Da der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 7, wie zuvor beschrieben, außerdem durch isotropes oder anisotropes Trockenätzen mit dem Abschrägungsloch ausgebildet ist, kann der Abschrägungswinkel des Abschrägungslochs eingestellt werden. Letztendlich optimiert die Einstellung dieses Abschrägungswinkels den Wirkungsgrad der Lichtübertragung mit dem Ergebnis, dass der Fortpflanzungsverlust von Licht reduziert werden kann.
Indessen verwendet das Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 7 die Technik, die unter Bezugnahme auf 26(a) bis 26(f) erläutert wurde, d.h. die Technik, dass ein Mantel, ein Kern und ein Mantel in der Reihenfolge über der Oberfläche des Siliciumsubstrats gebildet werden und dann ein Substrat an den Lichtwellenleiter gebunden wird. Demgemäß ist es leicht möglich, eine Form eines Vorsprungs auf dem Lichtwellenleiterkern zu bilden, die herkömmlicherweise als schwierig herzustellen galt.
(Beispiel 8)
27 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 2700 gemäß Beispiel 8 darstellt. In 27 sind die Teile, die jenen von 25 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen, um Erläuterungen davon zu unterlassen. In 27 ist ein Reflexionsfilm 2721 neu ausgebildet. Dieser Reflexionsfilm 2721 ist auf der Rückseite 2502c eines Mantels 2502 ausgebildet. Ein Loch 2721a mit einem mikroskopisch kleinen Durchmesser ist durch den Reflexionsfilm 2721 in einer Position, die der sehr kleinen Öffnung 2502b entspricht, ausgebildet. Dieser Reflexionsfilm 2721 verhindert, dass Licht um die sehr kleine Öffnung 2502b herum entweicht, und dient auch dazu, zu verhindern, dass, wenn das Licht, das sich durch den Kern 2503 fortpflanzt, als Streulicht in den Mantel 2502 entweicht, das Licht auf eine Aufzeichnungsfläche einer optischen Scheibe geleuchtet wird. Indessen dient er auch dazu, das Fortpflanzungslicht, das durch Streuen des Nahfeldlichts P erhalten wird, zu einem nicht dargestellten Lichtempfangselement zu reflektieren.
Außerdem ist der Reflexionsfilm 2721 durch eine CVD-, Sputter- oder Verdampfungs- oder ähnlichen Technik, wie zuvor erwähnt, derart ausgebildet, dass ein Metallfilm oder ein dielektrischer Mehrschichtfilm aus Aluminium (Al), Chrom (Cr), Gold (Au) oder dergleichen zu einer Dicke von 100 nm bis 1 μm auf einer Rückseite 2502c des Mantels 2502 ausgebildet ist. Außerdem ist das Loch 2721a mit dem mikroskopisch kleinen Durchmesser im Reflexionsfilm 2721 durch die Technik der Lithografie oder des Ätzens ausgebildet.
Der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Ausführungsform 10 ist mit dem Reflexionsfilm ausgebildet, um dadurch zu verhindern, dass das Kernstreulicht an die Außenseite des Lichtwellenleiters entweicht. Demgemäß ist es möglich, einen Lichtbeleuchtungsbereich auf einer Aufzeichnungsfläche eines Aufzeichnungsmediums wirksam einzuengen. Außerdem ist der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Ausführungsform 10 mit dem Reflexionsfilm ausgebildet und leitet demgemäß das Fortpflanzungslicht, das durch Streuen des Nahfeldlichts P erhalten wird, zum Lichtempfangselement, wodurch eine Erfassungsempfindlichkeit verbessert wird.
(Beispiel 9)
28 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 2800 gemäß Beispiel 9 darstellt. In dieser Figur sind die Teile, die jenen von 25 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen. In dieser Figur weist der Lichtwellenleiter 2501 an seinem einen Ende 2501a eine Endfläche T2 auf, die in einer gekrümmten Oberfläche ausgeführt ist. Auf der einen Endfläche T2 ist ein Reflexionsfilm 2831 des Materials und durch eine Technik ähnlich dem Reflexionsfilm 2505 (siehe 25) ausgebildet. Das heißt, die Reflexionsfläche 2831a des Reflexionsfilms 2831 ist an einer Endfläche T2 in einer gekrümmten Oberfläche und dient daher als ein konkaver Spiegel. Das heißt, das Laserlicht La, das sich durch den geraden Kernabschnitt 2503a des Kerns 2503 fortpflanzt, wird durch die Reflexionsfläche 2831a fokussiert und zu der sehr kleinen Öffnung reflektiert.
Der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 9 weist den Reflexionsfilm in einer gekrümmten Oberfläche ausgeführt auf und kann daher Laserlicht fokussieren und letztendlich die Intensität des Nahfeldlichts erhöhen.
(Beispiel 10)
29 ist eine Seitenansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 2900 gemäß Beispiel 10 darstellt. In 29 sind die Teile, die jenen von 25 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen, um Erläuterungen davon zu unterlassen. In 29 ist die Struktur nicht mit dem Mantel 2504 ausgebildet, der in 25 dargestellt ist. Das heißt, der Kern 2503 ist an einer Oberfläche mit einem Substrat 2506 mit einem niedrigeren Brechungsvermögen als dem Brechungsvermögen des Kerns 2503 durch Anodenbindung oder dergleichen verbunden. Das Substrat 2506 dient als ein Mantel 2504. Folglich ist in 29 ein Lichtwellenleiter 2901 durch den Mantel 2502, den Kern 2503 und das Substrat 2506 ausgebildet.
Demgemäß können die Größe und das Gewicht des optischen Nahfeldkopfs gemäß Beispiel 10 im Vergleich zum optischen Nahfeldabtastkopf von Beispiel 7 um ein Maß, das der Fehlen eines Mantels entspricht, weiter reduziert werden. Demnach ist ein Aufzeichnen/Auslesen mit hoher Dichte möglich.
Obwohl die Beispiele 7 bis 10 zuvor ausführlich beschrieben wurden, ist de konkrete Struktur nicht auf jene der Beispiel 7 bis 10 beschränkt, wobei eine Konstruktionsänderung innerhalb des Bereichs, der vom Wesentlichen der Erfindung nicht abweicht, in der vorliegenden Erfindung berücksichtigt ist. Obwohl zum Beispiel die Beispiele 7 bis 10 anhand einer Mehrzahl von Strukturbeispielen erläutert wurden, werden die Strukturbeispiele auch abgesehen von ihrer individuellen Realisierung in die Erfindung einbezogen, wenn in geeigneter Weise kombiniert.
Indessen ist in Beispiel 7 bis 10 das Licht, das in den optischen Lichtwellenleiter eingeführt wird, nicht unbedingt kohärentes Licht, sondern kann Licht verwenden, das als inkohärentes Licht von einer LED oder dergleichen ausgesendet werden soll.
(Beispiel 11)
30 ist eine Teilansicht im Schnitt, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 11 darstellt. Ein optischer Nahfeldabtastkopf 3000, der in 30 dargestellt ist, ist strukturiert durch ein erstes Substrat 3003, das in einem Lichteinführungsabschnitt zum Einführen von Laserlicht, das von einer Laserlichtquelle ausgesendet wird, in den optischen Nahfeldabtastkopf 3000, einen Lichtwellenleiter 3002 zur Fortpflanzung mit niedrigem Verlust in einer Richtung parallel zu einer Medienfläche und eine Lichtreflexionsschicht 3002 zum Reflektieren des Lichts, das sich mit niedrigem Verlust durch den Lichtwellenleiter 3002 fortpflanzt, und Lenken einer Fortpflanzungsrichtung zu einer Öffnung aufweist, ein zweites Substrat 3005 mit einer Linse 3004, die zum Fokussieren des Laserlichts, das durch einen Linseneffekt zur Öffnung gelenkt wird, und Ausrichten eines fokussierten mikroskopisch kleinen Strahlenpunkts ausgelegt ist, und ein drittes Substrat 3009, das ein umgekehrtes kegel- oder pyramidenförmiges Loch 3007 bildet, dessen Durchmesser in einer Kegelform zu einer Schieberfläche 3006 gegenüber einem Medium allmählich kleiner wird, und einen Lichtreflexionsfilm 3010 bildet, um Licht nach oben zu reflektieren und Beleuchtungslicht zur Öffnung zu verstärken, so dass durch Beleuchten einer Spitze davon mit Fortpflanzungslicht Nahfeldlicht erzeugt wird.
Im ersten Substrat 3003 ist der Lichtwellenleiter 3002 aus einem quarzbasierten Material oder einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Polymer, ausgebildet, welches durch einen Mantel 3011, einen Kern 3012 und einen Mantel 3013 strukturiert sein kann, wie in 30 dargestellt. Hierbei ist der Lichtwellenleiter 3002 derart strukturiert, dass der Kern 3012 ein Brechungsvermögen aufweist, das größer als das Brechungsvermögen des Mantels 3011 und des Mantels 3013 ist. Der Kern 3012 und die Mäntel 3011, 3013 sind durch Auftragen eines Siliciumdioxidfilms durch die Technik des chemisches Aufdampfens (CVD für engl. Chemical Vapor Deposition), Sputterns oder Verdampfens gebildet, um dadurch eine Verkleinerung der Größe des ersten Substrats 3003 zu ermöglichen. Das Emissionslicht von diesem Lichtwellenleiter 3002 wird auf die Lichtreflexionsschicht 3001 geleuchtet, die auf einer Neigungsfläche mit einem vorbestimmten Winkel ausgebildet ist, so dass die Lichtreflexionsschicht 3001 eine Fortpflanzungsrichtung des Lichts ändert. Falls das erste Substrat 3003 ein Silicium-(100)-Substrat verwendet, bildet anisotropes Ätzen infolge von (111) eine Neigungsfläche mit einem Neigungsgrad von 54,7 Grad, auf deren oberer Oberfläche eine Lichtreflexionsschicht 3001 aus einem Metallfilm, wie beispielsweise Aluminium, Chrom oder Gold, oder einem dielektrischen Mehrschichtfilm gebildet wird. Infolge der Lichtreflexionsschicht 3001 kann das Licht, das von einem Halbleiterlaser in einer Richtung parallel zu einer Medienoberfläche geleuchtet wird, von oben auf die sehr kleine Öffnung geleuchtet werden, die in einer Ebene eines Schiebers ausgebildet ist. Demnach ist ein optischer Nahfeldabtastkopf 3000 mit einer Lichtfortpflanzungsleistung realisierbar. Selbst wenn indessen als ein anderes erstes Substrat 3103 ein Muster eines Lichtwellenleiters 3102 auf einer höheren Stufe einer Neigungsfläche gebildet wird, wie in 31 dargestellt, pflanzt das Licht, das sich in einer Richtung parallel zur Medienoberfläche fortpflanzt, sich durch die Lichtreflexionsschicht 3101, die auf der Neigungsfläche ausgebildet ist, zur sehr kleinen Öffnung fort. Alternativerweise kann als ein anderes erstes Substrat 3203 ein Quarzmaterial auf einem ebenen Substrat gebildet werden, um ein Ätzen auf dem Quarzmaterial in Form eines Übertragens einer Maskenform durchzuführen, um dadurch eine Neigungsfläche mit einem bestimmten Abschrägungswinkel zu bilden, auf welche ein Metallfilm oder dergleichen gelegt wird, um dadurch eine Lichtreflexionsschicht 3201 zu bilden (32). Alternativerweise kann als ein anderes erstes Substrat 3301 ein Metallfilm, wie beispielsweise aus Aluminimum, Gold, Silber, Kupfer, Titan oder Chrom, durch eine Verdampfungs-, Sputter- oder Plattierungstechnik auf ein ebenes Substrat gelegt werden, so dass durch Nassätzen groß beim Unterätzen unterhalb einer Maske oder Trockenätzen, das zum Übertragen einer Maskenform imstande ist, eine Lichtreflexionsschicht 3301 mit einem Abschrägungswinkel gebildet wird (33). Wie in 34 dargestellt, kann alternativerweise ein Substrat mit einer Lichtleitfaser 3402, die in eine V-förmige Nut in der Nachbarschaft einer Lichtreflexionsschicht 3401 eingeführt ist, als ein erstes Substrat 3403 verwendet werden. In diesem Fall trifft das Licht, das von einer Laserlichtquelle ausgesendet wird, auf einen Kern als einen Teil mit hohem Brechungsvermögen auf, der innerhalb der Faser 3402 ausgebildet ist. Das Licht, das durch den Kern fortgepflanzt wird, wird durch eine Endfläche 3404 der Lichtleitfaser, die in das Substrat eingeführt ist, zur Lichtreflexionsschicht 3401 geleuchtet. Wenn das erste Substrat ein Silicium-(100)-Substrat verwendet, wie zuvor erwähnt, wird durch Verwenden einer (111)-Ebene, auf welcher die Ätzrate langsam ist, eine gewünschte Tiefe einer Nut gebildet, die durch drei Neigungsflächen mit einem Neigungsrad von 54,7 Grad strukturiert ist. Durch Anordnen einer kreisförmigen Lichtleitfaser 3402 in der Nut ist eine Ausrichtung und Positionierung mit Genauigkeit möglich. Im ersten Substrat, das auf diese Weise strukturiert ist (3003, 3103, 3203, 3303, 3403), kann durch eine konkav ausgebildete Reflexionsfläche der Lichtreflexionsschicht eine Fokussierungsfunktion bereitgestellt werden. Außerdem kann der Lichtwellenleiter zur Fortpflanzung in einer Richtung parallel zur Medienoberfläche an einer Eintrittsendfläche oder Emissionsendfläche eine konvexe Oberfläche aufweisen, oder der Lichtwellenleiter kann zum Teil eine Gitterfunktion haben. Die Fokussierungsfunktion ermöglicht eine Konstruktion, um einen Lichtpunkt der sehr kleinen Öffnung anzupassen. Durch diesen Effekt kann eine größere Menge von Licht auf die sehr kleine Öffnung geleuchtet werden, wodurch ein Auslesen oder Aufzeichnen von Informationen mit Hochgeschwindigkeit realisiert wird.
Das zweite Substrat 3005 verwendet ein Substrat mit einer unterschiedlichen Brechungsverteilung in einem Teil davon. Dieses Substrat weist ein Brechungsvermögen auf, das von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche des Substrats kontinuierlich variiert, um eine Linsenfunktion aufzuweisen, die zum Fokussieren oder Kollimieren des Lichts imstande ist, das auf der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche einfällt. Das Substrat, wie dies, wird durch ein selektives Ionenaustauschverfahren hergestellt, das später beschrieben wird. Alternativerweise kann ein Substrat mit einem Linseneffekt infolge einer Linsenform verwendet werden. Die Linse in Form wird durch Auswählen von Ionen mit großem Radius beim Ionenaustausch hergestellt, um eine Erscheinung zu nutzen, dass sich durch den Unterschied im Innenradius eine kreisförmige Schwellung ergibt. Indessen wird als ein anderes Herstellungsverfahren für eine Linsenform das Photoresist als eine Maske zum Trockenätzen durch eine Fotolithografietechnik unter Verwenden einer Grauskalenmaske oder einer Immersionsmaske zu einer Linsenform ausgebildet. Das Substrat und das Photoresist werden unter einer Ätzbedingung, dass ein selektives Verhältnis für ein dielektrisches Material als ein Substratmaterial und das Photoresist konstant genommen wird, gleichzeitig geätzt, um dadurch eine gewünschte Linsenform herzustellen. Das zweite Substrat 3005 mit einer Linsenfunktion, die so entsprechend optisch ausgelegt ist, wird zwischen dem ersten Substrat 3003 und dem dritten Substrat 3009 angeordnet. Dies macht es möglich, der sehr kleinen Öffnung, die im dritten Substrat 3009 ausgebildet ist, eine größere Menge von Licht zuzuführen. Indessen kann das zweite Substrat 3005 ein Substrat verwenden, das zum Teil eine Gitterfunktion oder eine Fresnel-Zonenplatte oder eine holografische Linse aufweist. Das auf diese Weise strukturierte zweite Substrat 3005 verwendet ein Material eines Dielektrikums, insbesondere ein SiO₂-basiertes Material, wie beispielsweise Quarz oder Glas.
Das dritte Substrat 3009 verwendet ein Siliciumsubstrat. Das Siliciumsubstrat ist mit einem Abschrägungsloch 3007 in einer durchdringenden Weise ausgebildet, um eine sehr kleine Öffnung 3008 in einer Oberfläche auf einer Medienseite zu haben. Der Lochdurchmesser wird in einer Richtung zum Schieber kleiner. Das Fortpflanzungslicht, das von oben auf das Loch geleuchtet wird, pflanzt sich zur Öffnung fort, während es an einer Innenseite der Abschrägung reflektiert wird. Dieses wird durch die sehr kleine Öffnung 3008, die in der Oberfläche auf der Medienseite ausgebildet ist und einen mikroskopisch kleinen Durchmesser von weniger als 200 Nanometer aufweist, in Nahfeldlicht umgewandelt. Die Abschrägung ist durch Bearbeiten des Siliciumsubstrats durch eine anisotrope Siliciumätztechnologie ausgebildet. Die Abschrägung weist eine Lichtreflexionsschicht 3010 auf, die auf einer Oberfläche davon derart ausgebildet ist, dass das Licht, das sich von oben fortpflanzt, reflektiert werden kann, um eine größere Menge von Licht auf die sehr kleine Öffnung zu fokussieren. Der Lichtreflexionsfilm 3010, der derart auf die Oberfläche des Durchdringungslochs gelegt ist, dass er das Loch füllt, weist ein Loch mit einer Größe auf, die eine Größe der sehr kleinen Öffnung 3008 berücksichtigt. Im dritten Substrat 3009 kann die Abschrägung in einer gekrümmten Oberfläche oder durch mehrstufige Neigungsflächen mit unterschiedlichem Neigungsgrad ausgebildet sein. Außerdem kann das Loch einen Teil auf einer Innenseite davon mit einem Material mit einem Brechungsvermögen von n = 1 oder höher oder einer Refraktivitätsverteilung oder einer gekrümmten Oberfläche aufweisen.
Der optische Nahfeldabtastkopf 2000 gemäß Beispiel 11 ist durch einstückiges Binden der ersten bis dritten Substrate ausgebildet. Beim Binden werden die jeweiligen Substrate derart in Position ausgerichtet, dass eine größere Menge von Nahfeldlicht durch Fokussieren des Laserlichts, das durch die im ersten Substrat 3003 ausgebildete Lichtreflexionsschicht 3001 reflektiert wird, durch eine im zweiten Substrat 3005 vorhandene Linsenfunktion und Leuchten des fokussierten Lichts auf die im dritten Substrat 3009 vorgesehene sehr kleine Öffnung 3008 erzeugt werden kann. Um außerdem eine gewünschte Intensität des Nahfeldlichts zu erhalten, wird eine optische Konstruktion insbesondere für die Größe oder NA der Linse 3004, die im zweiten Substrat vorgesehen ist, ausgeführt. Die Bindung zwischen den Substraten erfolgt durch Auftragen eines Klebstoffs zwischen den Substraten und Aushärten desselben.
Andererseits erfolgt eine direkte Bindung zwischen den Substraten durch ein Anodenbindungsverfahren, da das Substratmaterial Silicium oder Glas verwendet. Hierbei bezieht sich Anodenbindung auf eine Bindung infolge einer Innenbindung, die durch Induzieren eines hohen elektrischen Feldes zwischen Silicium und Glas oder zwischen Gläsern an einer Grenzfläche bewirkt wird.
Als Nächstes ist 35 eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess für einen optischen Nahfeldabtastkopf 3000 von Beispiel 11 veranschaulicht, der in 30 dargestellt ist.
Zuerst wird ein Herstellungsverfahren für ein erstes Substrat 3003 erläutert. Zunächst verwendet das Substrat bei Schritt S1101 ein Monokristallsiliciumsubstrat 3501 mit einer planaren Orientierung von (100). Auf dieses Substrat wird durch eine CVD-Technik oder eine Sputtertechnik ein Thermooxidmaskierungsfilm 3502 oder ein Siliciumoxidfilm gelegt. Das Maskenmaterial kann daneben Siliciumnitrid oder ein aufgelöstes nichtalkalisches Metall verwenden. Als Nächstes wird bei Schritt S1102 eine Lithografietechnik verwendet, um eine gewünschte Größe eines Fensters im Maskenmaterial zu öffnen, um Si in einer zu ätzenden Position freizulegen. Danach wird bei Schritt S1103 durch Verwenden von Kaliumhydroxid (KOH) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) ein Nassätzen auf dem Siliciumsubstrat 3501 durchgeführt, um dadurch eine Stufe bereitzustellen. Demnach wurde eine Neigungsfläche 3503 (111) mit einem Winkel von 54,7 Grad in Bezug auf (100) ausgebildet. Anschließend wird bei Schritt S1104 auf einer oberen Oberfläche dieser Neigungsfläche 3503 durch einen Metallfilm, wie beispielsweise aus Aluminium, Silber oder Gold, oder einen dielektrischen Mehrschichtfilm eine Lichtreflexionsschicht 3504 gebildet, so dass das Licht, das seitlich fortgepflanzt wird, der Öffnung zugeführt werden kann. Außerdem wird bei Schritt S1105 durch Auftragen eines quarzbasierten Materials, wie beispielsweise eines Siliciumoxids oder Siliciumnitrids, und eines dielektrischen Materials, wie beispielsweise Polymer von Polyimid oder Polymethacrylat, die später zu einem Material für die Lichtfortpflanzung werden, ein Material eines Lichtwellenleiters in einem untersten Teil der Stufe hergestellt. Im Falle von Siliciumoxid als einem dielektrischen Material ist die Bildung durch eine Sputtertechnik, eine CVD-Technik oder eine Verdampfungstechnik leicht. Der Lichtwellenleiter kann durch einen Kern 3506 und Mantel 3505, 3507 mit unterschiedlichem Brechungsvermögen ausgebildet sein. Um das Brechungsvermögen des Kerns höher als das Brechungsvermögen des Mantels zu machen, kann während der Filmbildung eines Kerns Germanium beigegeben werden. Um das Brechungsvermögen des Mantels niedriger als das Brechungsvermögen des Kerns zu machen, kann während der Filmbildung eines Mantels Fluor beigegeben werden. In solch einem Fall pflanzt sich Licht fort, während es im Kern total reflektiert wird, wodurch ein Fortpflanzungsverlust verringert wird. Anschließend wird bei Schritt S1106 die Form des Lichtwellenleiters 3508 durch Verwenden einer Fotolithografietechnik und Ätzen eingestellt. Die Fotolithografietechnologie zur Verwendung im üblichen Halbleiterherstellungsprozess wird verwendet, um ein Maskenmaterial zum Schutz gegen Ätzen auf den Lichtwellenleiter zu legen und zu mustern. Danach wird das Lichtwellenleitermaterial geätzt, um das Maskenmaterial zu entfernen, um dadurch den Lichtwellenleiter 3508 zu mustern. Auf diese Weise ist ein erstes Substrat 3003 hergestellt. Alternativerweise kann eine Lichtleitfaser in den untersten Teil der Stufe eingeführt werden, statt den Lichtwellenleiter zu bilden (34). In diesem Fall wird das Substrat unter Verwendung des Prozesses ähnlich dem von Schritt S1101 bis S1104 hergestellt, und die Faser wird in eine V-förmige Nut eingeführt, die durch zwei von (111) mit einem Winkel von 54,7 Grad in Bezug auf (100) ausgebildet ist. Da der Winkel der V-Mut-Neigungsflächen konstant ist, kann die V-Nut durch Festlegen einer gewünschten Größe bei der Bildung einer Ätzmaskenform zu einer gewünschten Größe ausgebildet werden. Als Ergebnis wird eine kreisförmige Lichtleitfaser, die auf der V-Nut angeordnet ist, in Position festgelegt. Als Ergebnis wird die Lagegenauigkeit von Licht, das auf die Lichtreflexionsschicht geleuchtet wird, verbessert. Die Faser wird durch Verwenden einer Bindung durch einen Klebstoff oder Anodenbindung nach dem Ausrichten der Faser in Position fixiert.
Indessen erfolgt im ersten Substrat, das in 32 und 33 dargestellt ist, eine Lichtreflexion durch eine Neigungsfläche, die durch Ätzen eines dielektrischen Materials von Metall oder Siliciumoxid oder Siliciumnitrid, das auf das Substrat gelegt ist, zu einer Kegelform ausgebildet ist.
Als Nächstes wird ein Herstellungsverfahren für ein zweites Substrat 3005 mit 36 erläutert. Zunächst wird bei Schritt S1201 ein Metallfilm 3602 als ein Maskenmaterial auf ein Glassubstrat 3601 gelegt. Das Bilden erfolgt durch Vakuumverdampfung oder Sputtern.
Als Nächstes wird bei Schritt S1202 eine Fotolithografietechnik verwendet, um ein kreisförmiges Loch im Metallfilm 3602 zu bilden, um das Glassubstrat 3601 in einer Position zur Bildung einer Linsenfunktion freizulegen.
Als Nächstes wird bei Schritt S1203 das Glassubstrat in ein Auflösungssalz getaucht, um einen selektiven Ionenaustausch durchzuführen. Die in das Glassubstrat zu diffundierenden Ionen dringen in einer konzentrischen Form durch eine Öffnung der Maske ein, um eine dreidimensionale Konzentrationsverteilung zu haben. Als Ergebnis wird dem Substrat ein Gradient von Reflexionsvermögen im Verhältnis zur Verteilung verliehen.
Schließlich wird bei Schritt S1204 das Maskenmaterial abgestreift, wodurch ein Mikrolinsensubstrat gebildet wird.
Indessen erfolgt mit 37 eine Erläuterung eines Herstellungsprozesses für ein Substrat mit einer Linsenform, die durch Verwenden eines anschließenden Trockenätzens gebildet wird.
Zunächst wird bei Schritt S1211 ein Photoresist 3702 über ein Glassubstrat 3701 aufgetragen.
Als Nächstes wird bei Schritt S1212 ein linsenförmiges Photoresist durch Freilegung und Entwicklung durch Fotolithografie unter Verwendung einer Grauskalenmaske oder Immersionsmaske mit Gradation gebildet.
Als Nächstes wird bei Schritt S1213 das Glassubstrat unter einer Bedingung geätzt, dass das selektive Verhältnis für das Glas und das Photoresist konstant festgelegt wird, um dadurch eine Photoresistform auf das Glassubstrat zu übertragen. Wenn das Photoresist auf dem Glassubstrat vollständig weggeätzt ist, ist das Substrat mit der Linsenform fertig.
Anschließend erfolgt mit 38 eine Erläuterung eines Herstellungsverfahren für ein drittes Substrat 3009. Zunächst verwendet das Substrat bei Schritt S1301 ein Monokristallsiliciumsubstrat 3801 mit einer planaren Orientierung von (100). Es ist möglich, Monokristallsilicium mit einer planaren Orientierung von (110), (111), einen dielektrischen Kristall von Glas oder Quarz oder einen Halbleiterkristall, wie beispielsweise von GaAs, zu verwenden.
Als Nächstes wird bei Schritt S1302 ein Durchdringungsloch 3802 in Form einer umgekehrten Pyramiden im Siliciumsubstrat durch Verwenden eines anisotropen Ätzens mit einem Ätzratenunterschied, der von einer planaren Orientierung des Monokristallsiliciums abhängt, gebildet, um eine Öffnung an einer Spitze davon bereitzustellen. Ein Thermooxidfilm als ein Maskenmaterial wird auf dem Substrat in gewünschten Positionen durch Fotolithografie und Ätzen gebildet und gemustert, um Silicium freizulegen. Das Ätzen erfolgt auf dem Silicium in gemusterten Bereichen durch anisotropes Kristallachsätzen mit einer Kaliumhydroxidlösung oder einer Tetramethylammoniumhydroxidlösung. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Loch 3802 gebildet, das durch das Substrat hindurch dringt und die Form einer umgekehrten Pyramide mit einer Abschrägung aufweist, die von vier Flächen umgeben ist, die der Ebene (111) entsprechen. Der Abschrägungswinkel wird auf 54,7 Grad festgelegt, um durch (111) und (100) bestimmt zu werden. Der Lochdurchmesser wird mit Annäherung an eine Schieberoberfläche kleiner. In einer Schieberoberfläche wird eine sehr kleine Öffnung mit einer Seite von 1 μm oder kleiner bereitgestellt. Alternativ zum Eintauchen in eine Ätzlösung kann ein kegel- oder pyramidenförmiges Loch durch Verwenden anisotropen Ätzens, zum Beispiel mit einer Vorrichtung für reaktives Ionenätzen (RIE), gebildet werden. Das Maskenmaterial kann einen Siliciumoxidfilm oder einen Siliciumnitridfilm anstelle des Thermooxidfilms verwenden. Danach wird der Thermooxidfilm als ein Maskenmaterial unter Verwendung einer Mischlösung aus einer Fluorwasserstoffsäurelösung und einer Ammoniumfluoridlösung entfernt.
Als Nächstes wird bei Schritt S1303 ein Lichtreflexionsfilm 3803 auf eine obere Oberfläche des umgekehrten kegel- oder pyramidenförmigen Lochs gelegt. Ein Metallfilm mit einem hohen optischen Reflexionsvermögen, wie beispielsweise Gold, Silber oder Aluminium, wird auf einer Innenseite des Lochs durch Vakuumverdampfung gebildet. Das Bedeckungsverfahren kann durch Filmbildung unter Verwendung einer Sputtertechnik oder einer Ionenplattierungstechnik erfolgen. Die Bereitstellung des Lichtreflexionsfilms 3803 kann, selbst wenn das Licht, das von oben geleuchtet wird, auf die Neigungsfläche trifft, durch Reflexion dieses Lichts eine größere Menge von Licht zur Öffnung leiten. Als Ergebnis kann eine größere Menge von Licht an der Öffnung erzeugt werden. Außerdem dient er als ein Abschattungsfilm gegen externes Störlicht. Außerdem bestimmt das Auflegen des Lichtreflexionsfilms eine Größe der sehr kleinen Öffnung 3804. Die Größe der Öffnung, die durch Ätzen bei Schritt S1302 gebildet wird, wird durch das Auflegen der Lichtreflexionsfilms an der Innenseite des Lochs kleiner gemacht. Demnach stellt die Öffnung, die durch den Lichtreflexionsfilm festgelegt wird, eine sehr kleine Öffnung 3804 zum Erzeugen von Nahfelslicht bereit.
Demgemäß kann der optische Nahfeldabtastkopf gemäß Beispiel 11 das Licht, das von der Laserlichtquelle ausgesendet wird, mit weniger Verlust zur Öffnung fortpflanzen. Insbesondere die Wirkung einer Linse oder eine Reflexionswirkung der Abschrägung in der Nähe der Öffnung kann der sehr kleinen Öffnung eine größere Menge von Licht zuführen. Indessen kann die Struktur, die bewirkt, dass Licht in einer Richtung parallel zu einem Medium auf den Kopf auftrifft, bei Annäherung an ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegendes Medium eine konstante Distanz halten. Als Ergebnis wird eine hohe Dichte eines Aufzeichnens und Auslesens von Informationen mit hoher Geschwindigkeit realisiert. Außerdem wird durch die Herstellung durch einen massenproduktionsfähigen Mikrostrukturherstellungsprozess die Verringerung der Größe und des Preises für den Kopf realisiert.
(Beispiel 12)
39 ist eine Schnittansicht, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 3900 gemäß Beispiel 12 darstellt. Der optische Nahfeldabtastkopf 3900 von Beispiel 12 weist ein erstes Substrat 3901 und ein zweites Substrat 3902 ähnlich dem ersten Substrat 3003 und dem zweiten Substrat 3005, die in Beispiel 11 dargestellt sind, auf. Das dritte Substrat 3903 mit der sehr kleinen Öffnung zum Erzeugen von Nahfeldlicht ist jedoch mit einer Öffnung eines Metallfilms 3906 an einem Ende eines dielektrischen kegel- oder pyramidenförmigen Vorsprungs 3905 strukturiert, der in 39 dargestellt ist. Der kegel- oder pyramidenförmige Vorsprung 3905 ist durch Bilden eines Teils eines quarzbasierten Materials, das auf ein Siliciumsubstrat 3907 gelegt ist, ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch die Höhe in einer Oberfläche auf einer Medienseite eines optischen Nahfeldabtastkopfs für eine Dicke eines nicht geätzten quarzbasierten Material und ein Ende des Vorsprungs 3905, der aus demselben Material gebildet ist, äquivalent vorgesehen. Außerdem macht diese Oberfläche, wenn auf Medium zugreifend, es möglich, die Distanz zwischen dem Medium und der sehr kleinen Öffnung 3904, die am Ende des Vorsprungs 3905 vorhanden ist, zu verringern, wodurch eine größere Menge von Licht, das durch die sehr kleine Öffnung 3904 erzeugt wird, auf das Medium geleuchtet wird. Außerdem kann durch Anwenden eines hoch reflektierenden Materials, wie beispielsweise Aluminium, Gold oder Silber, für einen Metallfilm 3906, der im Umfang des Vorsprungs 3905 ausgebildet ist, das Licht, das von oben geleuchtet wird, reflektiert werden, um dadurch eine größere Menge von Licht zur sehr kleinen Öffnungen zu sammeln. Im Übrigen ist ein großes Loch im Siliciumsubstrat 3907 ausgebildet, welches zu einem untersten Teil des Vorsprungs 3905 gerichtet ist, so dass Licht auf den lichtdurchlässigen Vorsprung 3904 auftreffen kann. Außerdem kann der Vorsprung 3905 die Form eines kreisförmigen Kegels oder einer polygonalen Pyramide aufweisen. Alternativerweise kann er eine Neigungsfläche eines Vorsprungs ohne konstanten Winkel wie bei einer Glockenform aufweisen.
Indessen kann ein dielektrisches Material mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit als ein anderes drittes Substrat in Beispiel 12 verwendet werden. Zum Beispiel wird im Falle des Verwendens eines Substrats aus Quarz oder Glas das Substrat direkt ohne Auflegen eines quarzbasierten Materials gebildet, um einen glockenförmigen Vorsprung ähnlich 39 zu machen. Dann wird ein Metallfilm oder eine sehr kleine Öffnung in einem ähnlichen Herstellungsverfahren gebildet. Bei Verwenden des Substrats pflanzt das Licht, das auf die Öffnung geleuchtet wird, sich durch einen Innenseite des Substrats fort. Infolgedessen besteht keine Notwendigkeit des Bildens eines großen Lochs im Siliciumsubstrat 3907.
Der optische Nahfeldabtastkopf 3900 gemäß Beispiel 12 ist ähnlich Beispiel 11 ebenfalls durch einstückiges Binden der ersten bis dritten Substrate gebildet. Um eine gewünschte Stärke von Nahfeldlicht zu erhalten, sind die jeweiligen Substrate so ausgebildet, dass sie die optische Konstruktion unter Berücksichtigung einer Dicke des dritten Substrats 3903, einer NA, einer Größe oder einer Dicke der Linse erfüllen. Nach entsprechender Ausrichtung erfolgt das Binden. Das Bindungsverfahren ist ähnlich Beispiel 11.
Als Nächstes eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess für einen optischen Nahfeldabtastkopf 3900 von Beispiel 12 veranschaulicht.
Das Herstellungsverfahren für ein erstes Substrat und ein zweites Substrat ist ähnlich dem Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf von Beispiel 11, weshalb eine Erläuterung davon unterlassen wird.
Das Herstellungsverfahren für ein drittes Substrat 3903 wird mit 40 erläutert. Bei Schritt S1311 verwendet das Substrat ein Monokristallsiliciumsubstrat 3907 mit einer planaren Orientierung von (100) ähnlich der Ausführungsform 13. Es ist möglich, ein Monokristallsilicium mit einer Orientierung von (110), (111), einen dielektrischen Kristall von Glas oder Quarz oder einen Halbleiterkristall von GaAs oder dergleichen zu verwenden.
Als Nächstes wird bei Schritt S1312 durch eine CVD-Technik ein TEOS-Film 3908 als eine Art von Siliciumoxid aufgelegt. Ein dielektrisches Material kann als andere Materialien verwendet werden, wie beispielsweise ein quarzbasiertes Material, wie etwa Siliciumoxid oder Siliciumnitrid mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit, oder ein dielektrisches Material von Polymer, wie beispielsweise Polyimid oder Polymethacrylat.
Als Nächstes werden bei Schritt S1313 eine Fotolithografietechnik und ein chemisches Ätzen verwendet, um einen Teil des TEOS-Films 3908 zu einer Kegel- oder Pyramidenform auszubilden. Diese Form wird zu einem Vorsprung 3905 in 39. Ein Ätzmaske wird in einer Form, die einer Ätzeigenschaft entspricht, unter Verwendung von Fotolithografie gebildet. Bei Verwenden von Trockenätzen jedoch erfolgt ein Ätzen auf dem TEOS-Film 3908, während das Ätzmaskenmuster übertragen wird. Demgemäß besteht eine Notwendigkeit, vorher eine Form des Vorsprungs 3905 in der Maske selbst bereitzustellen. Beim Bilden solch einer Ätzmaskenform wird eine optische Maske mit einer Gradation gleich einer Grauskalenmaske oder einer Immersionsmaske bei Photoresistexponierung verwendet. Die Ätzmaskenform, die sich durch solch eine optische Maske auszeichnet, macht es möglich, den TEOS-Film 3908 zu einer beliebigen Form auszubilden. Wenn indessen ein Sputterätzverfahren trotz des Trockenätzens verwendet wird, ist die Durchführung dieses Prozesses anders. Der TEOS-Film 3908 wird im Voraus zu einer Säulen- oder Trapezform aus gebildet. Danach wird durch Durchführen eines Sputterätzens die Säule oder das Trapez an einer Ecke allmählich zu einer Vorsprungsform mit zugespitztem Ende zugeschnitten. Anders als das zuvor erwähnte Trockenätzen ermöglicht die Verwendung von Nassätzen, wenn eine Ätzrate für die Ätzmaskenform und das Unterätzen unterhalb der Maske eingestellt wird, eine Herstellung einer beliebigen Form eines TEOS-Vorsprungs. Wenn die Ätzmaske in der Form kreisrund, dreieckig oder quadratisch ausgeführt wird, wird ein Kreiskegel mit zugespitztem Ende, eine dreiseitige Pyramide mit zugespitztem Ende oder eine vierseitige Pyramide mit zugespitztem Ende gebildet. Dies verwendet Isotropie beim Nassätzen. Die kreisrunde, dreieckige oder quadratische Maskenform kann durch Photoresistexponierung und – entwicklung unter Verwendung einer Fotomaske leicht hergestellt werden. Außerdem ermöglicht die Unterätzrate, wenn eingestellt, es, einen Vorsprung mit einem beliebigen Abschrägungswinkel zu bilden. Wenn ein Photoresist als eine Maske verwendet wird, erfolgt eine Einstellung für die TEOS-Filmoberflächenrauheit, ein photoresistartiges Beschichtungsverfahren oder eine Härtungstemperatur, um die Haftung zwischen dem TEOS-Film und dem Photoresist zu optimieren, um dadurch einen beliebigen Abschrägungswinkel herzustellen. Eine Mischlösung aus Fluorwasserstoff und Ammoniumfluorid wird als ein Nassätzmittel verwendet.
Indessen kann eine Bildungstechnologie mit fokussiertem Innenstrahl (FIB für engl. Focused Ion Beam) verwendet werden, um eine Kegel- oder Pyramidenform auszubilden, die ein örtliches Ätzen unter Verwendung des Sputterprinzips ermöglicht.
Als Nächstes wird bei Schritt S1314 das Siliciumsubstrat 3907 auf seiner Rückseite geätzt, um ein großes Loch zu bilden, so dass Licht auf den Vorsprung 3905 auftrifft. Ein Thermooxidfilm als eine Ätzmaske wird durch eine Fotolithografietechnik gemustert, um Silicium freizulegen. Ein Loch wird durch Verwenden eines Nassätzmittels mit Anisotropie in Bezug auf eine Siliciumkristallachse gebildet (Kaliumhydroxidlösung oder Tetramethylammoniumhydroxidlösung). In diesem Fall ist die Ätzrate auf einer Ebene (111) langsam, um ein umgekehrtes kegel- oder pyramidenförmiges Loch bereitzustellen, das von vier Neigungsflächen mit 54,7 Grad umgeben ist. Dieses Loch durchdringt das Silicium mit einem Ergebnis, dass das Licht, das auf die Rückseite des Siliciums geleuchtet wird, ein Ende des Vorsprungs 3905 erreichen kann.
Als Nächstes wird bei Schritt S1315 ein Metallfilm 3906 auf eine Oberfläche des geformten TEOS-Films 3909 gelegt. Ein Metallfilm 3906, wie beispielsweise Gold, Silber oder Aluminium mit einem hohen Lichtreflexionsvermögen wird durch Vakuumverdampfung gebildet. Die Verdampfungsbedingung mit einer hohen Abscheidungsrate macht es möglich, einen Film mit einer geringen Korngröße zu bilden. Das Beschichtungsverfahren kann eine Sputtertechnik oder ein Ionenplattierungsverfahren beim Bilden eines Films verwenden. Durch Bereitstellen eines Metallfilms 3906 wird das Beleuchtungslicht von oben, wenn es auf die Neigungsfläche des Vorsprungs 3905 trifft, reflektiert, um dadurch eine größere Menge von Licht zum Ende zu leiten.
Als Nächstes wird bei Schritt S1316 der Metallfilm 3906 am Ende des Vorsprungs 3905 zu einer sehr keinen Öffnung 3904 ausgebildet. Bei der Filmbildung des Metallfilms 3906 bei Schritt S1315 neigt das Auftragen in einer schrägen Richtung des Substrats unter einer Filmbildungsbedingung mit einer hohen Richtungsabhängigkeit dazu, die Dicke am Ende in Bezug auf die Dicke auf der Vorsprungsneigungsfläche zu verringern. Das Ätzen des Metallfilms 3906 mit solch einer Dickenverteilung ermöglicht ein Bilden einer sehr kleinen Öffnung am Ende davon. Indessen ist es als ein anderes Verfahren möglich, ein Maskenmaterial mit einem Loch, das einer Größe einer sehr kleinen Öffnung an einem Ende entspricht, zu bilden und den Metallfilm nur im Ende selektiv zu ätzen, um dadurch die sehr kleine Öffnung 3904 zu bilden. In diesem Fall kann die Ätzmaske Photoresist verwenden, das durch Schleuderbeschichten in einem nicht auf das Ende aufgetragenen Zustand gebildet wird, um den Metallfilm freizulegen. Andererseits kann ein dielektrisches Material, das durch eine CVD-Technik nur dünn im Ende ausgebildet ist, geätzt werden, um ein Loch in einer Größe zu bilden, die einer sehr kleinen Öffnung entspricht.
Indessen kann als ein anderes Bildungsverfahren eine sehr kleine Öffnung gebildet werden, indem eine glattflächige flache Platte eines Materials, das härter als ein Metallfilm ist, von oberhalb des Vorsprungsendes auf den Metallfilm hinunter gedrückt wird, um eine konstante Last anzuwenden, um dadurch die Form des Metallfilmendes in eine flache Form, die einer Plattenform entspricht, umzuändern und den darunter liegenden TEOS-Flm freizulegen. In diesem Fall kann die sehr kleine Öffnung durch Drücken einer Form mit zugespitztem Ende oder einer sphärischen Form statt des Drückens mit einer flachen Platte gebildet werden, um dadurch den Metallfilm zu einer Passform in einer Form davon auszubilden.
Schließlich wird bei Schritt S1317 ein dielektrischer Film für einen Schutzfilm 3909 auf einer oberen Oberfläche des Metallfilms 3906 gebildet. Der Schutzfilm 3909 wird zu einer Dicke von weniger als 30 nm ausgebildet. Die Bildung des dielektrischen Films kann verhindern, dass das Reflexionsvermögen des Metallfilms durch Oxidation infolge von Alterung abnimmt oder dass der Lichtreflexionsfilm abgestreift wird und infolgedessen Licht infolge eines Kontakts mit einem Medium entweicht. Im Übrigen ist der Schritt S1317 gegebenenfalls zu unterlassen.
Demgemäß weist der optische Nahfeldabtastkopf von Ausführungsform 14 zusätzlich zur Wirkung von Ausführungsform 13 das öffnungsbildungsmaterial mit einem größeren Reflexionsvermögen als Luft auf. Demnach wird ein Lichtfortpflanzungsverlust in der Nachbarschaft der Öffnung verringert, und infolgedessen nimmt die Energiedichte an der Öffnung zu, um dadurch eine größere Menge von Nahfeldlicht zu erzeugen. Indessen kann eine Neigungsfläche in der Nachbarschaft der Öffnung auf eine beliebige Form festgelegt werden, um eine Auswahl für ein Objekt zu. ermöglichen.
(Beispiel 13)
41 ist eine bruchstückartige Schnittansicht, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs gemäß Beispiel 13 darstellt. Der optische Nahfeldabtastkopf 4100 von Beispiel 13 weist ein erstes Substrat 4101 und ein drittes Substrat 4103 ähnlich Beispiel 11 auf, aber ein zweites Substrat, das eine Kugellinse 4102 verwendet. Die Kugellinse 4102 ist in einer Innenseite eines umgekehrten kegel- oder pyramidenförmigen Lochs des dritten Substrats 4103 angeordnet. Das Licht, das sich durch einen Lichtwellenleiter oder eine Lichtreflexionsschicht, die im ersten Substrat 4101 ausgebildet sind, wird als konvergierendes Licht durch einen Linseneffekt, der einer Form oder einem Reflexionsvermögen davon entspricht, auf eine sehr kleine Öffnung geleuchtet, die im dritten Substrat 4103 ausgebildet ist. Die Kugellinse 4102 wird in ihrer Lagegenauigkeit durch einen Winkel einer Neigungsfläche und eines Radius der Kugel bestimmt. Da jedoch ein Loch im dritten Substrat 4103 in einer umgekehrten vierseitigen Pyramidenform mit einem konstanten Neigungsgrad von 54,7 Grad ist, der durch die Ebene (111) gebildet wird, ist eine Ausrichtung mit Genauigkeit möglich. Außerdem sorgt die Einstellung der Reflexionsvermögens der Kugellinse 4102 und der Größe des Krümmungsradius an der Oberfläche für eine Beleuchtung einer beliebigen NA von Licht zur sehr kleinen Öffnung. Das Material der Kugellinse 4102 verwendet ein dielektrisches material, wie beispielsweise ein quarzbasiertes Material oder ein Polymermaterial.
Obwohl indessen in der zuvor erfolgten Erläuterung das dritte Substrat 4103 das in Beispiel 11 dargestellte Substrat verwendete, kann in ähnlicher Weise das in Beispiel 12 dargestellte dritte Substrat 3903 verwendet werden. Außerdem kann das erste Substrat ein Substrat, wie in 31 bis 33 dargestellt, oder ein Substrat mit einer Lichtleitfaser in einer V-Nut, wie in 34 dargestellt, verwenden.
Der optische Nahfeldabtastkopf 4100 von Beispiel 13 ist ähnlich dem optischen Nahfeldabtastkopf 3000 von Ausführungsform 13 durch Binden des ersten Substrats 4101 bis zum dritten Substrat 4103 ausgebildet. Das Bindungsverfahren verwendet eine Technik des Bindens durch einen Klebstoff oder eine Anodenbindung ähnlich Beispiel 11.
Das Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf 4100 von Beispiel 13 wurde bereits in Beispiel 11 und Beispiel 12 erläutert. Das Herstellungsverfahren einer Kugellinse wird hierbei unterlassen.
Demgemäß kann der optische Nahfeldabtastkopf von Beispiel 13 zusätzlich zu den Wirkungen von Beispiel 11 und Beispiel 121 eine hohe Lagegenauigkeit durch Einführen einer Kugellinse in eine Neigungsfläche mit einem bestimmten Winkel erreichen, ohne eine genaue Ausrichtung zu erfordern. Als Ergebnis kann der Prozess zum Positionieren der Linse unterlassen und die Verbesserung einer Produktionsleistung gewünscht werden. Außerdem ist die Menge von Nahfeldlicht, die für einen Zweck benötigt wird, stark von einer Linsen-NA abhängig und kann daher durch eine Kugellinsenauswahl leicht gelöst werden.
(Beispiel 14)
42 ist bruchstückartige Schnittansicht, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 4200 gemäß Beispiel 14 darstellt. Der optische Nahfeldabtastkopf 4200 von Beispiel 14 weist ein erstes Substrat 4201 und ein drittes Substrat 4203 ähnlich Beispiel 11 auf. Es wird jedoch ein zweites Substrat mit einer Linsenfunktion verwendet, und ein flüssiges Harz, das durch Strahlung eines Ultraviolettstrahls zu härten ist, ist in kugelförmigen feinen Teilchen auf eine Nachbarschaft einer sehr kleinen Öffnung im dritten Substrat 4203 gesprüht, wodurch eine halbkreisförmige Form gebildet wird, um durch Bestrahlung mit einem Ultraviolettstrahl zu härten, und eine kleine Linse 4202 mit einer gekrümmten Oberfläche hergestellt wird, um einen Linseneffekt zu bieten.
Obwohl außerdem in der zuvor erfolgen Erläuterung das dritte Substrat 4203 ein Substrat, wie in Beispiel 11 dargestellt, verwendete, kann ein drittes Substrat 3903, wie in Beispiel 12 dargestellt, auf eine ähnliche Weise verwendet werden. Der optische Nahfeldabtastkopf 4300 in diesem Fall ist in 43 dargestellt. Die feinen Partikel, die zu einer Linse werden sollen, werden von einem in einer Rückseite des Siliciumsubstrats ausgebildeten Loch 4301 gesprüht, um eine kleine Linse 4302 auf einem TEOS-Film 4303 zu bilden, der tief im Loch vorhanden ist. Wenn ein quarzbasiertes Substrat anstelle eines Siliciumsubstrats für ein drittes Substrat gewählt wird, erfolgt ein Sprühen alternativerweise auf eine gegenüberliegende Fläche zu einer Fläche, die einen glockenförmigen Vorsprung bildet, um dadurch eine kleine Linse zu bilden. Indessen kann das erste Substrat ein Substrat, wie in 31 bis 33 dargestellt, oder ein Substrat mit einer Lichtleitfaser, die in eine V-Nut eingeführt ist, wie in 34 dargestellt, verwenden.
Der optische Nahfeldabtastkopf von Beispiel 14 ist durch Binden des ersten Substrats und des dritten Substrats ausgebildet. Das Bindungsverfahren verwendet eine Technologie des Bindens durch einen Klebstoff oder eine Anodenbindung ähnlich dem Bindungsverfahren, das in Beispiel 11 erläutert wurde.
Das Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf von Beispiel 14 wurde bereits in Beispiel 11 und Beispiel 12 erläutert.
Demgemäß kann der optische Nahfeldabtastkopf von Beispiel 14 zusätzlich zu den Wirkungen von Beispiel 11 und 12 eine beliebige Linse durch Sprühen. und Härten von feinen Teilchen bilden und infolgedessen durch einen Prozess hergestellt werden, der zur Massenproduktion geeignet ist.
(Beispiel 15)
44 ist eine bruchstückartige Schnittansicht, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 4400 gemäß Beispiel 15 darstellt. Der optische Nahfeldabtastkopf 4400 von Beispiel 15 weist ein erstes Substrat 4401 ähnlich Beispiel 11 auf. Ein zweites Substrat und ein drittes Substrat sind jedoch als ein gleiches Substrat ausgeführt, wobei auf einer medienseitigen Oberfläche ein Vorsprung 4402 und eine sehr kleine Öffnung 4403 ausgebildet sind, wie sie im dritten Substrat von Beispiel 12 ausgebildet waren, und auf der gegenüberliegenden Oberfläche ein Glassubstrat mit hoher Lichtdurchlässigkeit mit einer Refraktivitätsverteilung 4404, einer Linsenform, einer Fresnel-Zonenplatte oder einer holografischen Linse, wie sie im zweiten Substrat von Beispiel 12 verwendet wurden, ausgebildet ist. Ein hochdurchlässiges quarzbasiertes dielektrisches Substrat kann verwendet werden, ohne auf das Glassubstrat beschränkt zu sein.
Die Linsenfunktion, der glockenförmige Vorsprung und die sehr kleine Öffnung, wenn auf einem Substrat ausgebildet, das eine Reihe von fotolithografischen Prozessen verwendet, eliminieren die Bindung zwischen dem zweiten Substrat und dem dritten Substrat, die bei der Herstellung des optischen Nahfeldabtastkopfs erforderlich war, die in Beispiel 12 beschrieben wurde. Dies kann ein Problem mit der Verringerung einer Menge von Beleuchtungslicht von der sehr kleinen Öffnung vermeiden, das infolge einer Lageabweichung beim Binden entsteht.
Alternativerweise wird eine Refraktivitätsverteilung in einer medienseitigen Oberfläche des Glassubstrats gebildet, um einen Vorsprung 4402 und eine sehr kleine Öffnung 4403 in der Refraktivitätsverteilung zu bilden, so dass das Licht, das durch die Refraktivitätsverteilung fokussiert wird, auf die Öffnung geleuchtet werden kann. In diesem Fall wird ein Vorsprung 4402 mit einer Refraktivitätsverteilung gebildet. Der optische Nahfeldabtastkopf mit einer Refraktivitätsverteilung im Vorsprung wird mit einer Linsenfunktion in der Nachbarschaft der Öffnung versehen und kann durch einen Mikrostrukturherstellungsprozess unter Verwendung von Fotolithografie hergestellt werden, verbessert die Lagegenauigkeit, legt stabile Charakteristiken an den Tag und kann in einer Struktur ausgeführt werden, die zur Massenproduktion geeignet ist. Außerdem kann eine Linsenfunktion, wie in 44 dargestellt, in einer Oberfläche auf einer Seite des ersten Substrats des Glassubstrats bereitgestellt werden, um eine Struktur mit einer Linsenfunktion auf den jeweiligen Oberflächen des Glassubstrats bereitzustellen. Das Glassubstrat, das auf diese Weise eine Linsenfunktion auf den gegenüberliegenden Oberflächen aufweist, kann durch Durchführen eines gleichen Prozesses auf den jeweiligen Oberflächen gebildet werden. Andererseits kann es durch Aneinanderbinden zweier Glassubstrate mit einer Linsensfunktion auf einer Oberfläche gebildet werden. Der auf diese Weise strukturierte optische Nahfeldabtastkopf mit einer Linsenfunktion auf gegenüberliegenden Oberflächen weist infolge einer Fokussierungsfunktion an zwei Stellen eine verbesserte Fokussierungswirkung auf, wodurch eine größere Menge von Nahfeldlicht durch die sehr kleine Öffnung erzeugt wird. Außerdem kann dies im Gegensatz zu dem Fall in dem eine Lichtsammlung durch eine Linse zum Fokussieren auf die sehr kleine Öffnung erfolgt, eine Fokussierung durch die Kombination von zwei Linsen bereitstellen. Demnach ist eine Herstellung aufgrund der Unnötigkeit einer strikten Lagegenauigkeit zwischen den Linsen vergleichsweise leicht.
(Beispiel 16)
45 ist eine bruchstückartige Schnittansicht, welche eine Struktur eines optischen Nahfeldabtastkopfs 4500 gemäß Beispiel 16 darstellt. Der optische Nahfeldabtastkopf 4500 von Beispiel 16 hat, wie in 45 dargestellt, optische Elemente (Lichtwellenleiter 4501, Lichtreflexionsschicht 4502, Vorsprung 4503, sehr kleine Öffnung 4504), die in einem ersten Substrat, einem zweiten Substrat und einem dritten Substrat enthalten sind und alle in einer Oberfläche auf einer Medienseite eines gleichen Substrats ausgebildet sind.
46 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Herstellungsprozess für einen optischen Nahfeldabtastkopf 4500 in Beispiel 16 veranschaulicht, der in 45 dargestellt ist.
Zunächst wird bei Schritt S1401 ähnlich dem ersten Substrat von Beispiel 11 eine Stufe in einem Siliciumsubstrat 4601 bereitgestellt, um eine Lichtreflexionsschicht 4602 in der Neigungsfläche und einen Lichtwellenleiter 4603 in einer unteren Stufe zum Leuchten von Licht auf die Lichtreflexionsschicht 4602 zu bilden. In Beispiel 16 kann auch ein erstes Substrat, wie in 31 bis 33 dargestellt, verwendet werden.
Als Nächstes wird bei Schritt S1402 durch eine CVD-Technik ein TEOS-Film 4604 auf eine obere Oberfläche der Lichtreflexionsschicht 4602 und den Lichtwellenleiter 4603. gelegt. Es gibt kein Problem, wenn ein anderes dielektrisches Material verwendet wird.
Als Nächstes wird bei Schritt S1403 der TEOS-Film mit der Stufe in einer oberen Oberfläche poliert und geebnet.
Als Nächstes wird bei Schritt S1404 ein Prozess durchgeführt, der dem Herstellungsschritt S1313 für einen optischen Nahfeldabtastkopf von Ausführungsform 14 ähnelt, um einen kegel- oder pyramidenförmigen Vorsprung 4605 im TEOS-Film 4604 zu bilden.
Schließlich wird bei Schritt S1405 ein Prozess durchgeführt, der den Herstellungsprozessschritten S1315, S1316 für einen optischen Nahfeldabtastkopf ähnelt, um dadurch einen optischen Nahfeldabtastkopf 4500 von Beispiel 16 zu bilden, der in 45 dargestellt und mit einem Vorsprung 4503 ausgebildet ist, der eine sehr kleine Öffnung 4504, eine Lichtreflexionsschicht 4502 und einen Lichtwellenleiter 4501 auf einer schieberseitigen Oberfläche aufweist.
Der auf diese Weise strukturierte optische Nahfeldabtastkopf kann die Distanz des optischen Weges zwischen einem Emissionsende des Lichtwellenleiters 4501 und der sehr kleinern Öffnung 4504 verkürzen. Zum Beispiel kann dadurch, dass die Dicke eines aufzulegenden Siliciumoxdifilms ungefähr 10 μm gemacht wird, die Distanz auf 10 μm oder weniger festgelegt werden. Als Ergebnis kann der Strahlenpunkt von Fortpflanzungslicht, dessen Durchmesser zunimmt, wenn das Emissionsende weiter entfernt ist, so geleuchtet werden, dass er zur sehr kleinen Öffnung klein gehalten wird, wodurch eine größere Menge von Nahfeldlicht erzeugt wird. Außerdem wird dieser optische Nahfeldabtastkopf durch Bilden eines Films auf einer gleichen Oberfläche und Bearbeiten des dünnen Films unter Verwendung von Fotolithografie hergestellt, ohne einen Bindungsprozess einzuschließen. Demgemäß wird die Lageabweichung, die infolge einer Bindung verursacht wird und in Beispiel 11 bis 15 ein Problem darstellt, verringert. Demnach ist zu erwarten, dass die Menge von Nahfeldlicht, das durch die sehr kleine Öffnung erzeugt wird, zunimmt.
GEWERBLICHE VERWERTBARKEIT
Wie bereits erwähnt, kann der optische Nahfeldabtastkopf der vorliegenden Erfindung einen Abstand zu einem Medium, auf das zugegriffen wird, jederzeit ohne Behinderung einer Biegefunktion des optischen Nahfeldabtastkopfs konstant halten. Obwohl die Distanz zwischen der sehr kleinen Öffnung und dem Medium auf unmittelbare Nähe gestellt ist, ist die Oberfläche gegenüber dem Medium eine glatte ebene Oberfläche und stellt infolgedessen eine Struktur bereit, um eine Beschädigung infolge eines Kontakts mit dem Aufzeichnungsmedium zu verringern. Demnach kann ein optischer Nahfeldabtastkopf hergestellt werden, der kaum zu brechen, stark und zuverlässig ist und ein hohes SN-Verhältnis aufweist.
Außerdem ist der Kopf darin ausgebildet mit einem Lichtwellenleiter, um Licht in einer Richtung parallel zu einem Medium fortzupflanzen, einer Funktion zum Reflektieren des Lichts zur Öffnung, einer Linsenfunktion zum Konvergieren von Streulicht und ferner einer Struktur zum Unterdrücken eines Lichtfortpflanzungsverlusts, wie beispielsweise einer Kegelform, um Licht zu einer Nachbarschaft der Öffnung zu fokussieren. Demgemäß kann das fokussierte Licht mit Energiedichte mit weniger Verlust zur Öffnung fortgepflanzt werden. Dies erzeugt jederzeit eine größere Menge von stabilem Nahfeldlicht von der Öffnung. Demnach wird ein Verfahren zum Aufzeichnen und Auslesen mit hoher Dichte unter Verwendung von Licht, das ein hohes SN-Verhältnis und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit aufweist, möglich gemacht.
Obwohl außerdem die Intensität von Licht in einer Region, in welcher die Breite des Lichtfortpflanzungselements kleiner als eine Wellenlänge ist, stark abschwächt, macht die Struktur, die in dieser Region verengt erhalten wird, es möglich, eine größere Menge von Nahfeldlicht von der sehr kleinen Öffnung zu erzeugen. Als Ergebnis davon kann ein zuverlässiger optischer Nahfeldabtastkopf aufgrund von Verarbeitungssignalen mit einem hohen SN-Verhältnis beim Aufzeichnen und Auslesen von Informationen eines Aufzeichnungsmediums geliefert werden.
Selbst wenn außerdem die menge von Licht an der Laserlichtquelle niedrig ist, ermöglicht der hohe Wirkungsgrad von Umwandlung in Nahfeldlicht eine Zufuhr von Nahfeldlicht, die für das Aufzeichnungsmedium erforderlich ist. Folglich wird an der Laserlichtquelle Leistung gespart, wodurch eine Vorrichtung zum Aufzeichnen und Auslesen von Informationen geliefert wird, die mit einem niedrigen Leistungsverbrauch, aber auf einer niedrigen Spannung betrieben wird.
Außerdem verringert entgegen dem Problem mit der Größenzunahme einer Vorrichtungsstruktur beim Lichteinfall auf den optischen Nahfeldabtastkopf von oben die Einführung von Licht in den optischen Nahfeldabtastkopf in einer Richtung parallel zu einem Aufzeichnungsmedium die Größe und Dicke der gesamten Vorrichtung. Es ist möglich, der Windung auf einem Aufzeichnungsmedium in Bewegung mit hoher Geschwindigkeit nachzufolgen und infolgedessen stets eine konstante relative Position zum Aufzeichnungsmedium beizubehalten. Demgemäß wird dem Aufzeichnungsmedium jederzeit ein stabiles Nahfeldlicht zugeführt, wodurch die Lieferung eines zuverlässigen optischen Nahfeldabtastkopfs ermöglicht wird.
Außerdem macht die Struktur mit einem Vorsprung, der von einer Öffnung vorsteht, es möglich, Informationen zu und von mikroskopisch kleinen Bits mit einer Auflösung, die einem Krümmungsradius an einem Ende des Vorsprungs entspricht, aufzuzeichnen und auszulesen. Außerdem erfolgt eine räumliche Verteilung von Nahfeldlicht beschränkt auf eine Vorsprungsform. Durch Verwenden dessen kann der Beleuchtungsbereich wirksam bestimmt werden.
Außerdem kann der optische Kopf der vorliegenden Struktur durch einen Mikrobearbeitungsprozess unter Verwendung von Silicium oder dergleichen hergestellt werden. Außerdem ermöglicht der Einfall von Licht auf den Kopf in einer Richtung parallel zu einem Medium eine Verringerung der Größe und Dicke der Vorrichtung insgesamt. Gleichzeitig werden infolge einer Anwendung auf einen Massenproduktionsprozess, der zur Stapelverarbeitung imstande ist, eine Kostenreduktion, eine Produktstabilität und eine hohe Zuverlässigkeit realisiert.
Außerdem wird gemäß einem Herstellungsverfahren für einen optischen Nahfeldabtastkopf der Erfindung eine sehr kleine Öffnung zum Erzeugen von Nahfeldlicht in Größe und Form durch Metallfilmbildung, Thermooxidation oder Ionenimplantation auf einem Siliciumsubstrat definiert, das mit einer Öffnung ausgebildet ist, die größer als eine Zielgröße ist. ist es daher möglich, einen optischen Nahfeldabtastkopf mit einer höheren Genauigkeit und einer höheren Ausbeute herzustellen, verglichen mit einem Definieren einer Größe und Form einer sehr kleinen Öffnung durch Ätzen oder dergleichen.

Claims

Optischer Nahfeldabtastkopf, umfassend: ein ebenes Substrat (2101; 2401), das mit einem umgekehrten kegel- oder pyramidenförmigen Loch hindurch ausgebildet ist, um eine Spitze davon so aufzuweisen, dass sie als eine sehr kleine Öffnung ausgeführt ist, und einen Lichtwellenleiter (2103; 2403), der auf einer Innenseite des umgekehrten kegel- oder pyramidenförmigen Lochs angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass: der Lichtwellenleiter (2103; 2403) auf eine gegenüberliegende Oberfläche des ebenen Substrats zu einer Oberfläche, welche die sehr kleine Öffnung bildet, gelegt ist, und ein spitz zugespitzter, mikroskopisch kleiner Vorsprung (2102; 2402) durch einen Teil des Lichtwellenleiters ausgebildet ist und von der sehr kleinen Öffnung des ebenen Substrats vorsteht.
Optischer Nahfeldabtastkopf nach Anspruch 1, wobei in einem Bereich mit Ausnahme des Vorsprungs (2102; 2402) eine Lichtreflexionsschicht (2104; 2404) zum Reflektieren von Licht auf einem Umfang des Lichtwellenleiters ausgebildet ist.
Optischer Nahfeldabtastkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vorsprung (2102; 2402) die Form einer vierseitigen Pyramide aufweist.
Optischer Nahfeldabtastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das umgekehrte kegel- oder pyramidenförmige Loch durch eine Mehrzahl von Neigungsflächen mit unterschiedlichem Neigungsgrad ausgebildet ist.
Optischer Nahfeldabtastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das ebene Substrat (2101; 2401) eine Mehrzahl von sehr kleinen Öffnungen aufweist, und der Lichtwellenleiter (2303) und die Lichtreflexionsschicht so ausgebildet sind, dass sie Licht, das von wenigstens einer Lichtquelle (2302) ausgesendet wird, zu der Mehrzahl von sehr kleinen Öffnungen leiten.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Nahfeldabtastkopfs, umfassend: derartiges Bilden eines umgekehrten kegel- oder pyramidenförmigen Lochs in einem ebenen Substrat (2101; 2401), dass eine Spitze des Lochs eine sehr kleine Öffnung bildet, und Anordnen eines Lichtwellenleiters (2103; 2403) auf einer Innenseite des umgekehrten kegel- oder pyramidenförmigen Lochs; gekennzeichnet durch: Legen des Lichtwellenleiters auf eine gegenüberliegende Oberfläche des ebenen Substrats zu einer Oberfläche, welche die sehr kleine Öffnung bildet, und Bilden eines spitz zugespitzten, mikroskopisch kleinen Vorsprungs (2102; 2402) in einem Teil des Lichtwellenleiters, wobei der Vorsprung von der sehr kleinen Öffnung des ebenen Substrats vorsteht.