JP2001028139A

JP2001028139A - 光プローブおよびその製造方法ならびに光ヘッド

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Publication number: JP2001028139A
Application number: JP11200359A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Miyauchi; 大助宮内; Osamu Shinoura; 治篠浦; Hidehiko Yamaoka; 英彦山岡
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】近接場光を発生する平面開口プローブにおい
て、開口への光入射精度を向上させ、かつ、生産を容易
にする。また、生産性が高く、性能が安定しており、高
転送レートを実現可能な光ヘッドを提供する。【解決手段】主面が（１００）面から構成されるＳｉ
基板１に、内側面が（１１１）面から構成される四角錐
台状の貫通孔１１が形成されており、その一方端を構成
する微小開口１２付近に近接場光を発生する光プローブ
であって、Ｓｉ基板１において貫通孔１１の近傍に、断
面がＶ字型であって、内側面が（１１１）面から構成さ
れるＶ字型溝１４が形成されており、このＶ字型溝１４
内に、光ファイバ５が固定されており、貫通孔１１の他
方端上に、光ファイバ５から出射された光を反射して微
小開口１２に集めるためのミラー２が存在し、このミラ
ー２が、支持梁４によりＳｉ基板１に固定されている光
プローブ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光を発生す
る光プローブおよびその製造方法と、この光プローブを
利用して光情報媒体に対し記録、再生を行う光ヘッドと
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気ディスク装置における情報記
録密度向上は著しく、光ディスク装置でもさらなる記録
密度の向上が期待されている。しかしながら、光の回折
現象のため、光の波長よりも小さな情報記録マークを読
み書きすることは困難であり、これが記録密度向上の妨
げとなっている。

【０００３】この光の回折限界を破る方法として、近接
場光を利用した光記録方式が提案されている。

【０００４】例えば、Applied Physics Letters, Vol.6
2, No.2, p142-144 (1992)（文献１）には、光ファイバ
を先鋭化し、その先端以外を金属膜で覆って微小開口を
形成したプローブを用いて、光磁気記録媒体であるＰｔ
／Ｃｏ多層膜に直径６０nmの記録マークを記録し、再生
したことが報告されている。文献１では、情報の書き込
みは入射光によるプローブ先端の局所加熱により行い、
情報の読み出しは透過光の偏光面回転を検出することに
より行っており、記録密度は４５Gbit/sq.in.（ギガビ
ット/平方インチ）に達している。

【０００５】また、Japanese Journal of Applied Phys
ics, Vol.35, p443-447 (1996)（文献２）には、ポリカ
ーボネート基板／ＺｎＳ・ＳｉＯ₂／ＧｅＳｂＴｅ／Ｚ
ｎＳ・ＳｉＯ₂構造をもつ相変化型媒体を用い、光ファ
イバを先鋭化したプローブにより直径６０nmの記録マー
クの読み書きを行った例が報告されている。

【０００６】また、これら先鋭化されたプローブのほ
か、第58回応用物理学会学術講演会,no.28pZG3, p861
(1997)（文献３）、電子情報通信学会論文誌, Vol.J81-
C-II No.3 (1988)（文献４）、第58回応用物理学会学術
講演会, no.5aL1, p984 (1997)（文献５）には、平面開
口プローブが報告されている。文献３では、Ｓｉ（１０
０）基板を表面側から異方性エッチングして、Ｓｉ（１
１１）の斜面で囲まれた逆ピラミッド状の穴を形成し、
さらにＳｉ基板の裏面側からエッチングして微小開口を
形成することにより、平面開口プローブを作製してい
る。この微小開口の寸法は、伝搬光遮蔽のためのＡｕ膜
を形成した状態において約２００nmである。また、文献
４、文献５には、上記逆ピラミッド状の凹部に球レンズ
を挿入することにより、入射光の焦点を開口に結ばせる
構成の平面開口プローブが記載されている。このような
球レンズを用いることにより、開口上の光強度が増強さ
れる。

【０００７】ところで、光ディスク装置には、記録容量
の増大とともに、データの高速な転送が要求される。近
接場光を利用する光プローブにおいて実用的な転送レー
トを得るために、磁気ディスク装置における浮上型ヘッ
ドや接触型ヘッドのように、プローブをスライダに搭載
する方法が、例えばOPTRONICS No.4 p159 (1998)（文献
６）に報告されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】先鋭化した光ファイバ
プローブを用いる例（前記文献１、２）では、入射した
光がプローブの先端まで十分に伝達しないため、高い信
号レベルが得られない。また、文献１では、シア・フォ
ース（shear force）顕微鏡を用いて記録媒体とプロー
ブとの間隔を精密に制御しているが、この制御を高速で
回転する光ディスク上において行うのは非常に困難であ
る。

【０００９】また、前記文献６には、光ファイバプロー
ブをスライダに搭載して光ヘッドを構成する例が記載さ
れている。この構成では情報の転送速度を向上させるこ
とができるが、光ファイバプローブを用いた場合、プロ
ーブとスライダとを正確に位置合わせすることが難し
く、また、この構造の光ヘッドは生産性に劣るという問
題がある。

【００１０】前記文献３、４、５に記載されているよう
に、Ｓｉ基板を異方性エッチングすることにより作製し
た微小開口を用いると、光は自由空間を伝搬するので、
光ファイバプローブを用いた場合よりも光伝達効率が増
加する。また、平面開口プローブは、光ファイバを先鋭
化して開口としたプローブに比べ、開口が破損しにく
い。さらに、平行面開口プローブは量産性に優れてい
る。

【００１１】このように優れた性質をもつ平面開口プロ
ーブを光ヘッドに適用する場合、光を開口に正確に入射
させる必要がある。また、光の入射が正確であっても、
生産性が低かったり煩雑な調整が必要であったりする
と、工業的な利用には不適である。

【００１２】本発明はこのような事情からなされたもの
である。本発明の目的は、近接場光を発生する平面開口
プローブにおいて、開口への光入射精度を向上させ、か
つ、生産を容易にすることである。また、本発明の他の
目的は、生産性が高く、性能が安定しており、高転送レ
ートを実現可能な光ヘッドを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、下記（１）
〜（６）の本発明により達成される。（１）主面が（１００）面から構成されるＳｉ基板を
有し、このＳｉ基板に、内側面が（１１１）面から構成
されるほぼ四角錐台状の貫通孔が形成されており、この
貫通孔の一方端を構成する微小開口付近に近接場光を発
生する光プローブであって、前記Ｓｉ基板において前記
貫通孔の近傍に、断面がＶ字型であって、内側面が（１
１１）面から構成されるＶ字型溝が形成されており、こ
のＶ字型溝内に、光ファイバが固定されており、前記貫
通孔の他方端上に、前記光ファイバから出射された光を
反射して前記微小開口に集めるためのミラーが存在し、
このミラーが、支持梁により前記Ｓｉ基板に固定されて
いる光プローブ。（２）前記ミラーおよび前記支持梁のそれぞれ一部
が、前記Ｓｉ基板の（１００）表面上に形成された膜を
形状加工することにより形成されたものである上記
（１）の光プローブ。（３）上記（１）または（２）の光プローブを製造す
る方法であって、前記Ｓｉ基板を異方性エッチングする
ことにより、前記貫通孔、前記Ｖ字型溝、および前記ミ
ラーの一部を同時に形成する工程を有し、この工程が、
前記Ｓｉ基板の主面に、前記異方性エッチングの際にマ
スクとして利用するためのマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をパターニングするパターニング工程と、
異方性エッチングを行う工程とを含み、前記パターニン
グ工程において、パターニング後のマスク膜が、前記貫
通孔が形成される領域および前記Ｖ字型溝が形成される
領域を除いて覆うマスクパターン、前記貫通孔形成領域
内に存在するミラー本体、ならびに、このミラー本体と
前記マスクパターンとを連結する支持梁本体を有する光
プローブの製造方法。（４）前記支持梁本体が、前記Ｓｉ基板の＜０１０＞
方向および＜００１＞方向のいずれとも平行でない部分
をもつ上記（３）の光プローブの製造方法。（５）前記エッチング工程の後に、前記支持梁本体表
面に抵抗膜を形成して前記支持梁とし、次いで、この支
持梁に捻れを与えることにより、前記Ｓｉ基板の主面に
対し前記ミラー本体の主面を傾かせ、次いで、前記抵抗
体に通電することにより加熱し、この加熱により前記支
持梁を捻れた状態で固定する上記（３）または（４）の
光プローブの製造方法。（６）上記（１）または（２）の光プローブをスライ
ダとして有し、光情報媒体がもつ情報を近接場光を用い
て再生する光ヘッド。

【００１４】

【発明の実施の形態】光プローブ図１４に、前記文献４に記載された従来の平面開口プロ
ーブの主要部断面を示す。なお、図１４は、光プローブ
を光ヘッドに適用した場合を示し、図中には光記録媒体
８を示してある。

【００１５】この光プローブは、主面が（１００）面か
ら構成されるＳｉ基板１に、内側面が（１１１）面から
構成される四角錐台状の貫通孔１１が異方性エッチング
により形成されている。また、貫通孔の内側面には、Ａ
ｕからなる金属膜１３が形成されている。

【００１６】この光プローブにおいて、貫通孔１１の図
中上側から光が入射すると、貫通孔１１の下側開口であ
る微小開口１２から、伝搬しない光、いわゆる近接場光
１６が滲みだし、開口サイズに対応する微小な記録マー
クを記録媒体８に記録することができる。また、近接場
光１６が記録マークにより散乱されて生じる伝搬光を検
出することにより、再生を行うことができる。

【００１７】本発明の光プローブの構成例を、図１０
（Ａ）に断面図として、また、図１０（Ｂ）に平面図と
して示す。図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）のＡ−Ａ断面
図である。なお、図１０（Ａ）では、切断面（端面）だ
けを表示し、奥行き方向の図示は省略してあり、これは
他の断面図においても同様である。

【００１８】この光プローブは、図１４に示す従来の平
面開口プローブと同様な作用で、近接場光を利用する光
ヘッドに適用できる。すなわち、この光プローブでは、
主面が（１００）面であるＳｉ基板１に、内側面が（１
１１）面から構成される四角錐台状の貫通孔１１が異方
性エッチングにより形成されている。また、貫通孔の内
側面には、金属膜１３が形成されている。

【００１９】本発明の光プローブは、微小開口１２に光
を導くために、光ファイバ５およびミラー２を有する。

【００２０】本発明において、光ファイバ５は、Ｓｉ基
板１の貫通孔１１近傍に形成されたＶ字型溝１４内に固
定されている。Ｖ字型溝１４は、断面がＶ字型で、Ｓｉ
基板１の側端まで直線的に延びる溝である。Ｖ字型溝１
４を構成する３つの内側面は、Ｓｉ（１１１）面から構
成される。

【００２１】一方、ミラー２は、光ファイバ５から出射
された光を反射して微小開口１２に集める機能をもつ。
ミラー２は、２本の支持梁４によりＳｉ基板１に固定さ
れている。ミラー２および支持梁４のそれぞれ一部は、
後述するように、Ｓｉ基板１の主面上に形成された膜
（マスク膜３）を形状加工することにより形成される。

【００２２】光プローブの製造方法以下、本発明の光プローブを製造する方法の好ましい例
を説明する。なお、以下の説明は、光プローブを光ヘッ
ドに適用した場合のものである。

【００２３】Ｓｉ基板の加工（図１）まず、図１に示すように、主面が（１００）面から構成
されるＳｉ基板１を準備する。この構成例では、Ｓｉ基
板１を形状加工してスライダとして利用している。その
ため、Ｓｉ基板１の下面（記録媒体と対向する面）に
は、図１１に示すように、磁気ディスク装置における浮
上型ヘッドのスライダと同様に、レール１０１およびテ
ーパ部１０２を形成してある。これらは、フォトレジス
トをマスクとしてエッチングすることにより形成でき
る。エッチングには、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion E
tching）等のドライエッチング法や、ＫＯＨ水溶液等の
アルカリ溶液を用いるウエットエッチング法を利用する
ことができる。

【００２４】マスク膜の形成（図２）次に、図２に示すように、Ｓｉ基板１の全面にマスク膜
３を形成する。マスク膜３は、後述する異方性エッチン
グの際にマスクとして利用するために形成される。マス
ク膜３は、Ｓｉ窒化物から構成されることが好ましく、
その場合、マスク膜３の形成には、原料ガスとしてＳｉ
Ｈ₄およびＮＨ₃を用いるＬＰＣＶＤ（Low Pressure Che
mical Vapor Deposition）を利用すればよいが、他の方
法を利用してもよい。なお、マスク膜をＳｉ酸化物から
構成してもよい。マスク膜３の厚さは、エッチングマス
クとして十分に機能するように適宜決定すればよいが、
通常、０．０５〜０．３μmの範囲から選択することが
好ましい。

【００２５】磁性膜の形成（図３）次に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、Ｓｉ
基板１の上面の一部に磁性膜２１を形成する。磁性膜２
１は、図１０（Ｂ）に示すミラー２の一部となる。磁性
膜２１を設けることは必須ではないが、これを設けるこ
とにより、ミラー２の平面性を向上させることができ
る。また、ミラー２に磁性膜２１が含まれていれば、外
部から磁界を印加することによりミラー２を磁気駆動し
て回転させることができるので、後述するようにミラー
２の傾斜角調整に利用することができる。磁性膜２１
は、例えばＦｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）から構成する
ことが好ましい。磁性膜２１形成に際しては、まず、Ｓ
ｉ基板１の上面全面に膜を形成し、次いで、エッチング
によりパターニングすればよい。

【００２６】マスク膜のパターニング（図４）次に、マスク膜３をパターニングする。このパターニン
グでは、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、貫
通孔形成領域３１ＡおよびＶ字型溝形成領域３１Ｂの両
者を除いて覆うマスクパターン３１と、貫通孔１１形成
領域内に存在するミラー本体２０と、このミラー本体２
０とマスクパターン３１とを連結する２本の支持梁本体
４０とを形成する。図示例では支持梁本体４０を２本形
成しているが、支持梁本体４０の捻りによりミラー本体
２０の回転が可能である構造であれば、支持梁本体を２
本より多く形成してもよく、また、機械的強度が確保で
きるのであれば、支持梁本体を１本だけ設ける構造とし
てもよい。

【００２７】なお、図４（Ｂ）では、支持梁本体４０の
ほかに、ミラー本体２０の角部に、これとマスクパター
ン３１とを連結する４本の補強梁４１を設けている。ミ
ラー本体２０および支持梁本体４０は薄いために強度を
確保することが難しいので、異方性エッチングの際に変
形したり切断されてしまったりすることがある。この補
強梁４１は、このような変形や切断を防ぐために設けら
れる。ただし、このような変形や切断のおそれが少ない
場合には、後工程において除去する手間を省くために、
補強梁４１を設けないことが好ましい。

【００２８】本発明では、図１０（Ｂ）に示す貫通孔１
１とＶ字型溝１４とを、Ｓｉ基板１の異方性エッチング
により形成する。Ｓｉ基板の異方性エッチングは、（１
００）面と（１１１）面とでエッチング速度が極端に異
なることを利用するエッチング方法である。そのため、
貫通孔形成領域３１Ａは正方形、Ｖ字型溝形成領域３１
Ｂは矩形状とし、かつ、両領域共に、その各辺がＳｉ基
板の＜００１＞軸および＜０１０＞軸のいずれかとほぼ
平行とすることが好ましい。なお、両領域の各辺がこれ
らの軸と平行でなくても、サイドエッチングが生じるこ
とによって、目的とする形状の貫通孔１１およびＶ字型
溝１４が得られることもある。例えば、貫通孔形成領域
３１Ａの形状が円形であっても、サイドエッチングによ
り最終的に四角錐状の凹部が形成される。この場合、凹
部の一辺の長さは、上記円形の直径と等しくなる。ただ
し、サイドエッチングされた領域でエッチングマスクに
割れが生じやすいため、貫通孔形成領域３１ＡおよびＶ
字型溝形成領域３１Ｂの形状は矩形とすることが好まし
い。

【００２９】四角錐台状の貫通孔１１を形成するために
は、Ｓｉ基板１をエッチングする際に支持梁本体４０お
よび補強梁４１の下側に存在する領域を除去することが
必要である。そのためには、支持梁本体４０および補強
梁４１の下側においてサイドエッチングが進まなくては
ならない。支持梁本体４０および補強梁４１が、＜００
１＞軸および＜０１０＞軸のいずれかに平行な辺だけか
ら構成されていると、そこに（１１１）面が現れるよう
に異方性エッチングが進んでしまう。例えば図４（Ｂ）
において、ミラー本体２０とマスクパターン３１とが支
持梁本体４０だけで連結されており、かつ、支持梁本体
４０全体が＜００１＞軸に平行であった場合には、支持
梁本体４０を境界として独立に異方性エッチングが進
み、その結果、四角錐状の凹部が２つ形成されてしま
う。

【００３０】そこで本発明では、支持梁本体４０に、Ｓ
ｉ基板１の＜００１＞軸および＜０１０＞軸のいずれと
も平行でない領域をもたせる必要がある。このことは、
補強梁４１においても同様なので、以下では支持梁本体
４０について代表的に説明する。支持梁本体４０が、Ｓ
ｉ基板１の＜００１＞軸および＜０１０＞軸のいずれと
も平行でない領域をもつ場合には、前記平行でない領域
においてサイドエッチングが進むため、支持梁本体４０
直下のＳｉ基板はエッチングされて消失する。

【００３１】ただし、この後の工程において、ミラー本
体２０をＳｉ基板１の主面に対して傾かせるために、支
持梁本体４０を捻ることによりミラー本体２０を回転さ
せる必要がある。そして、このときの回転軸の方向を、
＜０１０＞軸方向または＜００１＞軸方向とする必要が
ある。そのため、支持梁本体４０は、＜０１０＞軸また
は＜００１＞軸と平行な領域をもつことが好ましい。具
体的には、支持梁本体４０を、図４（Ｂ）に例示する構
造とすることが好ましい。図４（Ｂ）では、支持梁本体
４０が、ミラー本体２０から＜００１＞軸方向に延び、
途中で２本に分岐してマスクパターン３１に繋がってい
る。分岐した領域は、前記各軸と平行ではない。このよ
うに支持梁本体４０の一部が＜０１０＞軸または＜００
１＞軸と平行であっても、前記各軸と平行でない領域か
らサイドエッチングが進むため、前記平行な領域におい
てＳｉ（１１１）面が現れることはない。

【００３２】なお、図４（Ｂ）に示すような構造におい
て、分岐した支持梁本体のうち隣接する２本が挟む領域
の形状は、通常、図示するように三角形とすればよい
が、角の数が４以上の多角形であってもよい。ただし、
その場合には、多角形の各辺（マスクパターン３１の端
辺となる辺を除く）が、＜００１＞軸および＜０１０＞
軸のいずれとも平行でないことが好ましい。また、分岐
の数は３以上であってもよい。また、図示するように１
点で分岐するもののほか、樹枝状に多段で分岐する構成
としてもよい。

【００３３】マスクパターン３１、支持梁本体４０、補
強梁４１およびミラー本体２０などのマスク領域で囲ま
れた開口部における異方性エッチングの進みかたについ
て、図面を用いて説明する。図１５（Ａ）では、マスク
領域３０で囲まれた開口部の隅の角度θが、９０°未満
となっている。この場合には、図中の破線までサイドエ
ッチングが進み、その結果、前記角度θが９０°である
場合と同じ輪郭をもつ凹部が形成される。図１５（Ｂ）
では、前記角度θが９０°超１８０°未満となってい
る。この場合には、図中の破線までサイドエッチングが
進み、前記角度θが１８０°である場合と同じ輪郭をも
つ凹部が形成される。図１５（Ｃ）および図１５（Ｄ）
では、前記角度θが１８０°超となっている。角度θが
１８０°を超える場合には、開口部の隅から図中に破線
で示すパターンでサイドエッチングが進むため、マスク
領域３０の下面がすべてエッチングされることになる。

【００３４】図１５の（Ａ）〜（Ｄ）から、図４（Ｂ）
においてミラー本体２０、支持梁本体４０および補強梁
４１の下面が異方性エッチングにより除去されることが
理解できる。

【００３５】マスク膜３のエッチングに際しては、ま
ず、マスク膜３上面にフォトレジスト膜を形成し、これ
をパターニングしてマスク膜３の一部を所定形状に露出
させる。次いで、マスク膜３の露出領域をエッチングに
より取り除いた後、フォトレジスト膜を除去する。この
エッチングにはＲＩＥ等のドライエッチング法、フッ
化水素水溶液を用いるウエットエッチング法のいずれを
用いてもよい。

【００３６】Ｓｉ基板上面からのエッチング（図５）次に、マスク膜３をエッチングマスクとしてＳｉ基板１
をエッチングし、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すよ
うに凹部１１ＡおよびＶ字型溝１４を形成する。このエ
ッチングにはＫＯＨ水溶液を用いればよいが、ＴＭＡＨ
（Tetra MethylAmmonium Hydroxide）水溶液を用いても
よい。上述したように、このエッチングは異方性エッチ
ングとなる。そして、凹部１１Ａは、内側面が（１１
１）面である四角錐状となり、また、Ｖ字型溝を構成す
る３つの内側面もＳｉ（１１１）面から構成されること
になる。このとき、Ｓｉ基板１の主面を構成する（１０
０）面と、内側面の（１１１）面とがなす角度は、５
４．７度となる。

【００３７】なお、マスク膜３をＳｉ酸化物から構成し
た場合には、エッチャントしてＴＭＡＨを用いればよ
い。

【００３８】Ｓｉ基板下面からのエッチング（図６）次に、Ｓｉ基板１の図中下面側のマスク膜３を、ＲＩＥ
により取り除く。これにより、Ｓｉ基板１の下面が露出
した状態となる。この状態で、さらにＲＩＥを続けるこ
とにより、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように四
角錐台状の貫通孔１１が形成される。微小開口１２の寸
法は、エッチング時間を制御することにより制御でき
る。

【００３９】なお、微小開口の形状は正方形になるのが
一般的であるが、角がとれて円形となることもある。た
だしその場合でも、平面開口プローブとしての働きに問
題は生じない。円形の微小開口を得る方法としては、例
えば、凹部１１を形成した後、その内面を熱酸化して酸
化膜を形成し、この酸化膜をフッ化水素水溶液で除去し
てからＳｉ基板下面からエッチングする方法が挙げられ
る。熱酸化では、角の部分の酸化速度が遅くなるため、
熱酸化領域の外周を円形にすることができる。

【００４０】Ｓｉ基板の上面および側面に残っているマ
スクパターン３１を除去する必要はないが、除去しても
よい。除去には、例えばＲＩＥを用いればよい。

【００４１】抵抗膜の形成（図７）、ミラー本体の回転
および固定（図８）次に、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、支持
梁本体４０上に抵抗膜２２を形成する。支持梁本体４０
と抵抗膜２２との積層体が、支持梁４となる。その後、
補強梁４１をレーザーなどを用いて除去する。補強梁４
１は、異方性エッチング終了後には必要ない。したがっ
て、補強梁４１の除去は、異方性エッチング終了後かつ
抵抗膜２２形成前に行ってもよい。

【００４２】次いで、支持梁４に捻れを与えることによ
り、Ｓｉ基板１の主面に対しミラー本体２０の主面を所
定の角度で傾かせる。次いで、ミラー本体２０を傾けた
状態で抵抗膜２２に通電する。このとき、抵抗膜２２の
応力が生じている部分（捻れた部分）において電気抵抗
が高くなっているので、その部分において強く発熱す
る。その結果、抵抗膜２２が捻れた状態で固定され、そ
れに伴って支持梁本体４０も捻れた状態で固定されるの
で、図８に示す状態となる。

【００４３】ミラー本体２０を傾かせるためには、例え
ば、適当な治具によりミラー本体２０の一端を押し上げ
るか、押し下げる方法が利用できる。また、図示例のよ
うに、ミラー本体２０上に磁性膜２１を形成してある場
合には、磁性膜２１に外部から磁界を印加する方法も利
用できる。

【００４４】ミラー本体２０の傾斜角、すなわちＳｉ基
板１主面とミラー本体２０主面とがなす角度は、光ファ
イバ５から出射された光が微小開口１２に到達できるよ
うに決定される。この角度は、設計値としては４５°に
設定するのが一般的である。ただし、設計の都合上、ま
たは、製造の際の加工誤差を補正するために、４５°以
外の角度、例えば４５±２°程度の範囲に設定してもよ
い。この傾斜角は、前述した治具や外部磁界の印加によ
り微調整することが可能である。

【００４５】抵抗膜２２の構成材料および厚さは、上述
した作用により捻れた状態で固定できるように適宜決定
すればよい。抵抗膜２２の具体例としては、電気抵抗を
下げるためＡｌやＣｕ等の金属を混入させたアモルファ
スＳｉ膜が挙げられる。金属混入アモルファスＳｉ膜
は、例えばスパッタ法により形成できる。また、電気抵
抗を下げるためＰ等の不純物元素をドープした多結晶Ｓ
ｉ膜も利用できる。このような多結晶Ｓｉ膜は、例えば
ＬＰＣＶＤ法により形成できる。抵抗膜２２の厚さは、
通常、０．５〜３μmの範囲とすればよい。

【００４６】抵抗膜２２は、図示するように、ミラー本
体２０を跨いで両方の支持梁本体４０を覆うパターンと
することが好ましく、また、通電加熱の際に電極として
利用ために、マスクパターン３１上に貫通孔１１を挟ん
で幅広の一対のパッド部を設けたパターンとすることが
好ましい。

【００４７】抵抗膜２２のパターニング方法は特に限定
されない。例えば、上述したように異方性エッチング後
に抵抗膜２２を設ける場合には、マスキングしてスパッ
タを行えばよい。この場合、貫通孔１０の内側面の一部
にも抵抗膜が形成されてしまうが、ミラー本体２０によ
りマスキングされるため微小開口１２は塞がらず、ま
た、前記内側面に形成された抵抗膜は電流経路ともなら
ないので、問題はない。

【００４８】ただし、抵抗膜２２の形成にＣＶＤ法を用
いる場合には、異方性エッチングの前に抵抗膜２２を形
成しておくことが好ましく、スパッタ法を利用する場合
でも、異方性エッチングの前に形成してよい。異方性エ
ッチングの前に抵抗膜を形成するには、例えば以下に説
明する方法が利用できる。まず、図３（Ｂ）に示す状態
とした後、マスク膜３上にＣＶＤ法やスパッタ法により
一様な抵抗膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィ
ーにより抵抗膜をパターニングし、例えば図７（Ｂ）に
示す抵抗膜２２の形状とする。抵抗膜をパターニングす
る際のエッチングには、例えばＲＩＥを用いることがで
きる。次いで、異方性エッチングの際に保護膜として働
くＳｉ酸化物膜を、パターニングされた抵抗膜上に形成
する。次いで、Ｓｉ酸化物膜およびマスク膜３をパター
ニングして、貫通孔形成領域３１ＡおよびＶ字型溝形成
領域３１Ｂを形成する。このとき、マスク膜およびＳｉ
酸化物膜のそれぞれにおいて、パターニングされた抵抗
膜上に残す領域は、前記パターニングされた抵抗膜とほ
ぼ同じ形状でやや大きな寸法となるようにすることが好
ましい。Ｓｉ酸化物膜およびマスク膜３のパターニング
は、同一のエッチングマスクを用いて連続的に行うこと
ができる。Ｓｉ酸化物膜のエッチングには例えばフッ化
水素水溶液を用いればよく、マスク膜のエッチングには
例えばＲＩＥを用いればよい。ただし、Ｓｉ酸化物膜と
マスク膜３とのエッチングは、異なるエッチングマスク
を用いて行ってもよい。次に、異方性エッチング終了
後、Ｓｉ酸化物膜の少なくとも一部を除去することによ
り、電極となる領域を少なくとも露出させればよい。Ｓ
ｉ酸化物膜の除去には、例えばフッ化水素水溶液が利用
できる。

【００４９】反射膜の形成（図９）続いて、貫通孔１１の内側面に金属膜１３を形成する。
また、ミラー本体２０の下面、すなわち、微小開口１２
側の主面に反射膜２３を形成し、ミラー２を完成させ
て、図９に示す状態とする。金属膜１３と反射膜２３と
は、斜め蒸着法を用いて同時に形成することが好まし
い。金属膜１３および反射膜２３は、反射率の比較的高
い金属、例えばＡｕ、Ａｌや、これらを含む合金から構
成すればよい。両膜の厚さは、通常、５０〜１００nmと
すればよい。

【００５０】なお、入射光に対しＳｉが透明である場
合、例えば入射光に赤外域の光を使用する場合には、金
属膜１３を設ける必要がある。入射光がＳｉにより反射
される場合には金属膜１３を設けなくてもよいが、高反
射率を得るためには金属膜１３を設けることが好まし
い。

【００５１】光ファイバの固定（図１０）最後に、図１０に示すように、Ｖ字型溝１４に光ファイ
バ５を接着剤等により固定し、光プローブを完成させ
る。

【００５２】使用する光ファイバの直径は特に限定され
ず、使用モードや使用波長などの各種条件に応じて適宜
決定すればよいが、光プローブの小型化、特に光ヘッド
に適用する場合に重要となる高さの縮小のためには、光
ファイバの直径は小さいことが好ましく、具体的には直
径１２５μm以下であることが好ましい。

【００５３】なお、以上では、わかりやすくするために
Ｓｉ基板１に貫通孔１１を１つだけ設ける例について説
明したが、実際の製造工程においては、量産性を考慮し
て、大面積のＳｉウエハに複数の光プローブを同時に形
成し、各光プローブを切り出す方法を採用することが好
ましい。

【００５４】光プローブ各部の寸法Ｓｉ基板１の厚さは、プローブの用途などに応じて適宜
決定すればよいが、通常、３００〜１０００μmとすれ
ばよい。

【００５５】微小開口１２の一辺の長さは、近接場光を
利用することから一般に５００nm以下、通常は５０〜２
００nmとするが、具体的には記録マークの寸法に応じて
適宜決定すればよい。貫通孔１１の図中上側の開口の一
辺の長さは、微小開口１２の一辺の長さとＳｉ基板１の
厚さとによって決定されることになる。

【００５６】異方性エッチングに際して、エッチング対
象領域（マスクパターンの開口部）が矩形である場合、
Ｓｉ（１００）基板のエッチング深さは前記領域の最小
幅に依存するため、貫通孔およびＶ字型溝のそれぞれに
おいて所望の深さが得られるように、各開口部の幅を設
定すればよい。また、Ｖ字型溝の深さは、使用する光フ
ァイバの直径に応じて決定すればよい。

【００５７】光プローブの他の構成例図１２に、貫通孔１１内に球状のレンズ６を挿入した構
成の光プローブを示す。この構成では、入射光が微小開
口１２付近に集光されるため、近接場光の発生効率を向
上させることができる。

【００５８】また、固体レンズの替わりに、高屈折率の
液体、例えばフッ素系潤滑剤などを貫通孔１１内に導入
することによっても、固体レンズを挿入したときと同様
な効果を得ることが可能である。

【００５９】光ヘッド図１３に、本発明の光プローブを組み込んだ光ヘッドの
構成例を示す。

【００６０】同図では、図１０（Ｂ）に示す光プローブ
がサスペンション７に接着されている。この光プローブ
ではＳｉ基板がスライダ形状に加工されているため、記
録媒体表面から微小な距離を保って浮上することができ
る。サスペンション７はアームに固定され、アームはモ
ータにより駆動されて、光プローブを任意の記録トラッ
ク上に移動させる。

【００６１】このように、磁気ディスク装置における浮
上型ヘッドと同様な構成とすることにより、微小開口と
記録媒体との間隔を、微小開口の一辺の寸法と同程度の
数十から百ナノメートル程度の範囲で一定間隔に制御す
ることができ、かつランダムアクセスが可能となるの
で、近接場光による記録および再生が安定して高速に行
える。

【００６２】なお、光プローブのＳｉ基板下面には、記
録媒体に対し接触ないし摺動する際の保護や摩擦低減の
ために、磁気ディスク装置におけるスライダと同様に、
ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）やカーボン等か
らなる保護膜を設けてもよい。これらは、ＣＶＤ法やス
パッタ法などにより形成すればよい。保護膜は、微小開
口の機能を妨げないように、極めて薄く形成するか、微
小開口を除く領域に形成することが好ましい。

【００６３】

【実施例】実施例１上述した手順により、以下の条件で光プローブを作製し
た。

【００６４】図１に示すＳｉ基板１には、厚さ５００μ
mのＳｉ（１００）ウエハを用いた。図２に示すマスク
膜３は、厚さ３００nmの窒化ケイ素膜とし、ＳｉＨ₄お
よびＮＨ₃を用いたＬＰＣＶＤにより形成した。図３に
示す磁性膜２１は、厚さ２μmのＮｉ−Ｆｅ合金膜と
し、スパッタ法により形成した。磁性膜２１のパターニ
ングには混酸アルミ液を用いた。

【００６５】図４に示すマスク膜３のエッチングは、Ｒ
ＩＥにより行った。貫通孔形成領域３１Ａの一辺は７０
０μm、ミラー本体２０の平面寸法は１００μm×２００
μm、支持梁本体４０の幅および補強梁４１の幅はいず
れも２０μmとした。なお、Ｖ字型溝形成領域３１Ｂの
短辺寸法は、異方性エッチングにより形成されるＶ字型
溝１４内に直径（クラッド径）１２５μmの光ファイバ
５が高さ５０μmまで埋まるように、すなわち、光ファ
イバのコアの中心がＳｉ基板１の上面から１２．５μm
上に位置するように、設定した。

【００６６】図５に示すＳｉ基板１上面側からのエッチ
ングは、ＫＯＨ水溶液により行った。凹部１１Ａの深さ
は４９４μmとなった。図６に示すＳｉ基板１下面側か
らのエッチングは、ＲＩＥにより行った。このエッチン
グは、微小開口の一辺が１００nmになった時点で停止さ
せた。

【００６７】図７に示す抵抗膜２２は、Ａｌを約２０重
量％含有する厚さ１μmのアモルファスＳｉ膜とし、ス
パッタ法により形成した。補強梁４１はレーザーにより
除去した。図８に示す工程では、治具によりミラー本体
２０を傾斜させ、発光するまで抵抗膜２２に通電して加
熱した。ミラー本体２０の傾斜角は４５°とした。

【００６８】図９に示す工程では、斜め蒸着法により、
それぞれＡｕからなる厚さ１００nmの金属膜１３および
反射膜２３を形成した。

【００６９】次に、Ｓｉウエハを素子単位に切断し、幅
１．５mm、長さ３mmの素子を得た。なお、この素子の裏
面（微小開口形成面）側には、スライダとして機能させ
るために、図１１に示す形状のレール１０１（高さ３μ
m）およびテーパ部１０２をあらかじめ形成しておい
た。この素子のＶ字型溝１４内に、紫外線硬化型接着剤
により直径１２５μmの光ファイバを接着し、また、貫
通孔１１内に、図１２に示すように直径１００μmの球
状レンズを挿入して、光プローブとした。

【００７０】この光プローブを、図１３に示すようにサ
スペンション７に接着し、光ヘッドとした。

【００７１】この光ヘッドを、前記文献２に記載された
相変化型光記録媒体（ポリカーボネート基板／ＺｎＳ・
ＳｉＯ₂／ＧｅＳｂＴｅ／ＺｎＳ・ＳｉＯ₂）上に浮上さ
せたところ、媒体の線速を２０m/sとしたときに浮上高
さが１００nm、すなわち微小開口の寸法と同等となっ
た。この状態で、光ファイバ５から波長６３３nm、パワ
ー１０mWのレーザー光を入射させたところ、１００nm径
の記録マークを形成することができた。

【００７２】実施例２実施例１のミラー本体２０を傾斜させる工程において、
ミラー本体２０、磁性膜２１および抵抗膜２２からなる
積層体に外部から磁界を印加することにより、傾斜角を
制御する実験を行った。この実験では、まず、治具によ
り上記積層体の傾斜角を４０°または４３°に設定した
後、通電して固定し、次いで、Ｓｉ基板１の主面と垂直
な方向の磁界を、強度を徐々に上げながら印加した。印
加磁界強度と傾斜角との関係を、図１６に示す。

【００７３】図１６から、磁界印加により傾斜角をほぼ
リニアに微調整できることがわかる。なお、磁界印加に
よる調整後、抵抗膜２２に再び通電することにより、調
整後の傾斜角に固定することができた。

【００７４】

【発明の効果】本発明の光プローブは、近接場光を発生
する微小開口を備える平面開口プローブであって、さら
に、光を導入するための光ファイバと、この光ファイバ
からの出射光の光路を変更して微小開口に導くためのミ
ラーとを備える。光ファイバの固定には、Ｓｉ基板の異
方性エッチングにより形成したＶ字型溝を用いるため、
光ファイバの位置を極めて正確に設定できる。そして、
微小開口、Ｖ字型溝およびミラーのそれぞれを形成する
ためのパターニングを同時に行うので、微小開口、ミラ
ーおよび光ファイバを極めて正確に一列に整列させるこ
とができる。その結果、入射光を微小開口に正確に到達
させることができる。また、微小開口とＶ字型溝とを異
方性エッチングにより同時に形成できるので、生産性を
高くすることができる。

【００７５】微小開口を形成するためには、Ｓｉ基板を
異方性エッチングすることにより、まず四角錐状の凹部
を形成する必要がある。一方、この異方性エッチングの
際にミラーパターンを同時に形成するためには、ミラー
パターンおよびこれとＳｉ基板とをつなぐ支持梁パター
ンを、異方性エッチング時に前記凹部の上に残す必要が
ある。本発明では、支持梁の延びる方向とＳｉ基板の結
晶軸との関係を前記したように設定するので、異方性エ
ッチング時に、不要な（１１１）面が現れることがな
く、ミラーを設けない場合と全く同じ凹部を形成するこ
とができる。

【００７６】本発明の光プローブを光ヘッドに適用した
場合、微小開口、ミラーおよび光ファイバがあらかじめ
一列に整列しているので、サスペンションに光プローブ
を接着する際に両者の厳密な位置合わせが不要である。
また、サスペンションを移動させたときに、微小開口、
ミラーおよび光ファイバのすべてが相対的位置関係を変
えずにサスペンションと共に移動するので、記録トラッ
クを変更する際に微小開口と入射光とのずれが生じるこ
とがない。また、光ファイバの延びる方向とサスペンシ
ョンの延びる方向とがほぼ平行となるので、光ヘッドの
高さ方向の寸法を小さくできる。

【００７７】ところで、特開平１１−１１９１２３号公
報および特開平１１−１１９１２９号公報では、Ｓｉ基
板に設けた溝に光ファイバを固定し、かつ、Ｓｉ基板上
に形成した膜の一部を用いてミラーを形成した構成の光
スイッチが記載されている。また、上記特開平１１−１
１９１２３号公報には、Ｓｉ（１００）基板に異方性エ
ッチングによりＶ字型溝を形成して光ファイバを固定す
ることが記載されている。

【００７８】上記各公報に記載された発明は、Ｓｉ基板
に設けた溝に光ファイバを固定すること、および、Ｓｉ
基板と一体的にミラーを形成することに関して本発明と
類似する。しかし上記各公報には、近接場光を利用する
平面開口プローブについての記載はない。本発明は、平
面開口プローブに特有の構造である微小開口を、Ｓｉ
（１００）基板の異方性エッチングにより形成するに際
し、同時にＶ字型溝およびミラーを形成することを特徴
とし、それにより上述した効果が実現する。このことは
本願において初めて提案されたことである。特に、異方
性エッチングにより四角錐状の凹部を形成するに際し
て、ミラー領域をこの凹部の上に残すことは、本発明に
より初めて実現したことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の断面図である。

【図２】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の断面図である。

【図３】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は
平面図である。

【図４】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は
平面図である。

【図５】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は
平面図である。

【図６】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は
平面図である。

【図７】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は
平面図である。

【図８】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の断面図である。

【図９】本発明の光プローブの製造工程を説明するため
の断面図である。

【図１０】本発明の光プローブの製造工程を説明するた
めの図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）
は平面図である。

【図１１】図１に断面図として示すＳｉ基板を、記録媒
体に対向する面側からみた平面図である。

【図１２】本発明の光プローブの断面図である。

【図１３】図１０に示す光プローブを光ヘッドに適用し
た場合の構成例を示す平面図である。

【図１４】平面開口プローブを光ヘッドに適用したとき
の記録再生動作を説明する断面図である。

【図１５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、異
方性エッチングの説明図である。

【図１６】本発明の光プローブを作製する際のミラー傾
斜角調整工程における、印加磁界強度とミラー傾斜角と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１Ｓｉ基板１１貫通孔１１Ａ凹部１２微小開口１３金属膜１４Ｖ字型溝１０１レール１０２テーパ部２ミラー２０ミラー本体２１磁性膜２２抵抗膜２３反射膜３マスク膜３０マスク領域３１マスクパターン３１Ａ貫通孔形成領域３１ＢＶ字型溝形成領域４支持梁４０支持梁本体４１補強梁５光ファイバ６レンズ７サスペンション８記録媒体１６近接場光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山岡英彦東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 5D119 AA38 CA11 JA35 JA36 JA37 JA44 JA57 NA05 NA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主面が（１００）面から構成されるＳｉ
基板を有し、このＳｉ基板に、内側面が（１１１）面か
ら構成されるほぼ四角錐台状の貫通孔が形成されてお
り、この貫通孔の一方端を構成する微小開口付近に近接
場光を発生する光プローブであって、前記Ｓｉ基板において前記貫通孔の近傍に、断面がＶ字
型であって、内側面が（１１１）面から構成されるＶ字
型溝が形成されており、このＶ字型溝内に、光ファイバ
が固定されており、前記貫通孔の他方端上に、前記光フ
ァイバから出射された光を反射して前記微小開口に集め
るためのミラーが存在し、このミラーが、支持梁により
前記Ｓｉ基板に固定されている光プローブ。
【請求項２】前記ミラーおよび前記支持梁のそれぞれ
一部が、前記Ｓｉ基板の（１００）表面上に形成された
膜を形状加工することにより形成されたものである請求
項１の光プローブ。
【請求項３】請求項１または２の光プローブを製造す
る方法であって、前記Ｓｉ基板を異方性エッチングすることにより、前記
貫通孔、前記Ｖ字型溝、および前記ミラーの一部を同時
に形成する工程を有し、この工程が、前記Ｓｉ基板の主面に、前記異方性エッチ
ングの際にマスクとして利用するためのマスク膜を形成
する工程と、前記マスク膜をパターニングするパターニ
ング工程と、異方性エッチングを行う工程とを含み、前記パターニング工程において、パターニング後のマス
ク膜が、前記貫通孔が形成される領域および前記Ｖ字型
溝が形成される領域を除いて覆うマスクパターン、前記
貫通孔形成領域内に存在するミラー本体、ならびに、こ
のミラー本体と前記マスクパターンとを連結する支持梁
本体を有する光プローブの製造方法。
【請求項４】前記支持梁本体が、前記Ｓｉ基板の＜０
１０＞方向および＜００１＞方向のいずれとも平行でな
い部分をもつ請求項３の光プローブの製造方法。
【請求項５】前記エッチング工程の後に、前記支持梁
本体表面に抵抗膜を形成して前記支持梁とし、次いで、
この支持梁に捻れを与えることにより、前記Ｓｉ基板の
主面に対し前記ミラー本体の主面を傾かせ、次いで、前
記抵抗体に通電することにより加熱し、この加熱により
前記支持梁を捻れた状態で固定する請求項３または４の
光プローブの製造方法。
【請求項６】請求項１または２の光プローブをスライ
ダとして有し、光情報媒体がもつ情報を近接場光を用い
て再生する光ヘッド。