JP2001174393A - 近視野光デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度の大きな近視野光を照射することができ
る近視野光デバイス及び、そのような近視野光デバイス
を作製する製造方法を得ること。 【解決手段】 近視野光を照射および／あるいは検出を
行う近視野光デバイスが、遮光膜２と、遮光膜２に形成
された逆錘状の窪み１１と、逆錘状の窪み１１の先端に
あり大きさが光の波長以下である近視野光照射口１と、
遮光膜２を支持する支持体３からなり、遮光膜２の膜厚
が１０〜５０００ｎｍである構成とする。また、近視野
光照射口１１を形成する工程において、少なくとも１つ
以上の錘状の圧子によって遮光膜２に圧痕を形成する工
程を含むことを特徴とする近視野光デバイスの製造方法
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、近視野光を照射
・検出する近視野光デバイスに関するものであり、特に
走査型プローブ顕微鏡の一つであり対象物質の微細領域
での光学特性を観察・計測する走査型近視野原子間力顕
微鏡に使用するプローブや、近視野光を利用して高密度
な情報の再生及び記録を行う光メモリヘッド及び上記近
視野光デバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料表面においてナノメートルオーダの
微小な領域を観察するために走査型トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に代表される走査型
プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が用いられている。ＳＰＭ
は、先端が先鋭化されたプローブを試料表面に走査さ
せ、プローブと試料表面との間に生じるトンネル電流や
原子間力などの相互作用を観察対象として、プローブ先
端形状に依存した分解能の像を得ることができるが、比
較的、観察する試料に対する制約が厳しい。

【０００３】そこでいま、試料表面に生成される近視野
光とプローブとの間に生じる相互作用を観察対象とする
ことで、試料表面の微小な領域の観察を可能にした近視
野光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）が注目されている。近視野光
学顕微鏡においては、伝搬光を試料の表面に照射して近
視野光を生成し、生成された近視野光を先端が先鋭化さ
れたプローブにより散乱させ、その散乱光を従来の伝搬
光検出と同様に処理することで、従来の光学顕微鏡によ
る観察分解能の限界を打破し、より微小な領域の観察を
可能としている。また、試料表面に照射する光の波長を
掃引することで、微小領域における試料の光学物性の観
測をも可能としている。

【０００４】顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイ
バープローブを通して試料に向けて比較的強度の大きな
光を導入させることにより、光ファイバープローブの微
小開口にエネルギー密度の高い近視野光を生成し、その
近視野光によって試料表面の構造または物性を局所的に
変更させる高密度な光メモリ記録としての応用も可能で
ある。強度の大きな近視野光を得るために、プローブ先
端の先端角を大きくすることが試みられている。

【０００５】近視野光学顕微鏡に使用されるプローブと
して、例えば米国特許第５，２９４，７９０号に開示さ
れているように、フォトリソグラフィ等の半導体製造技
術によってシリコン基板にこれを貫通する開口部を形成
し、シリコン基板の一方の面には絶縁膜を形成して、開
口部の反対側の絶縁膜の上に円錐形状の光導波層を形成
したカンチレバー型光プローブが提案されている。この
カンチレバー型光プローブにおいては、開口部に光ファ
イバーを挿入し、光導波層の先端部以外を金属膜でコー
ティングすることで形成された微小開口に光を透過させ
ることができる。

【０００６】更に、上述したプローブのように先鋭化さ
れた先端をもたない平面プローブの使用が提案されてい
る。平面プローブは、シリコン基板に異方性エッチング
によって逆ピラミッド構造の開口を形成したものであ
り、特にその頂点が数十ナノメートルの径を有して貫通
されている。そのような平面プローブは、半導体製造技
術を用いて同一基板上に複数作成すること、すなわちア
レイ化が容易であり、特に近視野光を利用した光メモリ
の再生及び記録に適した光メモリヘッドとして使用でき
る。この平面プローブを用いた光ヘッドとして、従来ハ
ードディスクで用いられているフライングヘッドに平面
プローブを有したものが提案されている。フライングヘ
ッドは記録媒体から約５０〜１００ｎｍ浮上するように
空力設計される。このフライングヘッドの記録媒体側に
微小開口を形成して、近視野光を発生させ光記録および
再生を行うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平面プ
ローブに光ファイバーを用いて光を導入する場合、光フ
ァイバー端面がシリコン基板に当たるため、光ファイバ
ーの出射端から微小開口までの距離が大きい。光ファイ
バーからの出射光は、光ファイバーの出射端から拡がり
角を持って照射されるため、出射端からの距離が大きい
ほどスポット径が大きくなる。したがって、微小開口の
位置における光ファイバーからの出射光のエネルギー密
度が小さく、結果として微小開口から照射される近視野
光の強度が小さくなる。また、平面プローブの逆ピラミ
ッド構造は、シリコン基板の異方性エッチングによって
形成されるため、逆ピラミッド構造の先端角が約７０度
となり、先端角を変更することは容易ではない。したが
って、逆ピラミッド構造の先端角を大きくすることによ
る近視野光の強度増大が困難である。

【０００８】したがって、近視野光を用いた光メモリで
は、再生信号の信号強度が小さくなるためＳ／Ｎ比が小
さくなり、データ転送速度が遅くなる問題や、信号記録
に必要なエネルギー密度を得ることができないため信号
記録ができなくなる問題がある。また、ＳＮＯＭ用のプ
ローブでは、近視野光の強度が小さいとＳ／Ｎ比が小さ
くなり、試料の走査速度を大きくできない、近視野光を
用いた分光に必要な信号強度が得られない、近視野光を
利用した光加工に必要なエネルギ密度が得られないとい
った問題がある。

【０００９】また、平面プローブは、厚いシリコン基板
から形成されるため、光ヘッドの重量が大きくなってし
まう。従って、光メモリでは、高速・高精度のトラッキ
ングが困難であるという問題がある。また、ＳＮＯＭ用
プローブでは、カンチレバーの先端部分の重量が大きく
なるため、カンチレバーの共振周波数が低くなり、試料
の高速走査が困難になる問題がある。

【００１０】さらに、微小開口は、フォトリソグラフィ
ーとシリコンの異方性エッチングによって形成されてい
るが、シリコンの厚さむらやフォトリソグラフィーの精
度によって微小開口の大きさがばらつき、かつ、小さな
開口を形成するのが困難であるという問題があった。さ
らに、開口からの漏れ光を遮断するためにシリコンの異
方性エッチングによって開口を形成した後に、開口近傍
に遮光膜を形成する必要があり、作製工程が複雑であっ
た。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、近
視野光を照射および／あるいは検出を行う近視野光デバ
イスにおいて、遮光膜と、前記遮光膜に形成された逆錘
状の窪みと、前記逆錘状の窪みの先端にあり、大きさが
光の波長以下である近視野光照射口と、前記遮光膜を支
持する支持体からなる構成とした。また、前記近視野光
照射口が、前記逆錘状の窪みが前記遮光膜を貫通してで
きた開口である構成とする。したがって、本発明にかか
る近視野光デバイスは、逆錘状の窪みに光を導入するこ
とによって、近視野光照射口から近視野光を照射するこ
とができる。

【００１２】また、前記近視野光照射口が、前記逆錘状
の窪みが前記遮光膜を貫通せず、前記逆錘状の窪みの先
端近傍における光透過部分である構成とする。したがっ
て、本発明に係る近視野光デバイスは、近視野光を対象
物に照射するために物理的な穴を形成する必要がないた
め、近視野光照射口の耐摩耗性や耐衝撃性などの物理的
強度を大きくすることができる。

【００１３】また、前記遮光膜の膜厚が１０〜５０００
ｎｍである構成とする。従って、本発明に係る近視野光
デバイスは、遮光膜の膜厚が小さいため、光源から近視
野光照射口までの距離を短くすることができ、近視野光
照射口から照射される近視野光の強度を大きくすること
ができる。さらに、前記遮光膜が薄いため、本発明に係
る近視野光デバイスの重量が小さくなり、高速高精度の
トラッキングが可能になる。

【００１４】また、前記逆錘状の窪みを複数の異なる錘
形状の一部分を組み合わせた構成とする。したがって、
本発明に係る近視野光デバイスは、近視野光照射口に到
達するまでの入射光の強度を大きく保つことができ、結
果として、近視野光照射口から照射する近視野光の強度
を大きくすることが可能である。また、前記逆錘状の窪
みが、少なくとも直円錐または、直多角錘の一部を含む
形状である構成とする。したがって、本発明に係る近視
野光デバイスは、直円錐または、直多角錘の位置を制御
することによって、安定した近視野光照射口の大きさを
得ることができる。

【００１５】また、前記逆錘状の窪みが、少なくとも直
錘ではない円錐、または、多角錘を構成する側面のうち
少なくとも一つの面が二等辺三角形ではない多角錘の一
部分を含む形状である構成とする。したがって、本発明
に係る近視野光デバイスは、近視野光照射口から照射さ
れる近視野光の強度を大きくすることができる。また、
前記近視野光デバイスが、記録媒体との相対運動によっ
て浮力を得る浮上スライダー構造を有する構成とする。
また、前記浮上スライダー構造が、前記遮光膜に形成さ
れている構成とする。あるいは、前記浮上スライダー構
造が、前記支持体に形成されている構成とする。従っ
て、本発明に係る近視野光デバイスは、記録媒体上を一
定の距離で浮上することができる。

【００１６】また、片持ち梁と、前記片持ち梁の前記支
持体とは反対の面に形成された探針を有し、前記探針の
先端に前記近視野光照射口が形成されている構成とす
る。また、前記片持ち梁が、前記遮光膜と同一材料で形
成されている構成とする。あるいは、前記片持ち梁が、
前記支持体と同一材料で形成されている構成とする。従
って、本発明に係る近視野光デバイスは、走査型近視野
顕微鏡のプローブとして用いることができる。

【００１７】また、前記近視野光デバイスの製造方法
が、前記遮光膜を形成する工程と、前記近視野光照射口
を形成する工程を含み、前記近視野光照射口を形成する
工程が、少なくとも１つ以上の錘状の圧子によって前記
遮光膜に圧痕を形成する工程を含む製造方法とする。ま
た、前記遮光膜を形成する工程において、前記遮光膜に
かかる応力を調整するための応力調整層を有する基板を
使用する製造方法とする。したがって、本発明に係る近
視野光デバイスの製造方法によれば、近視野光照射口の
大きさや形状が一定な近視野光デバイスを大量に得るこ
とができる。また、前記圧子の形状を変更することによ
って、前記近視野光照射口を形成する窪みの形状を自由
に設定することができる。また、前記圧子を押し込んだ
際、前記遮光膜にかかる応力が応力調整層によって制御
されるため、前記近視野光照射口を安定して製造するこ
とが可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の近視野光デバイス
とその製造方法について、添付の図面を参照して詳細に
説明する。 （実施の形態１）近視野光デバイスとして、光メモリ用
の近視野光ヘッドについて示す。図１は、本発明の実施
の形態１に係る近視野光ヘッド１０００の概略図であ
る。近視野光ヘッド１０００は、近視野光照射口１と近
視野光照射口１が形成された遮光膜２と支持体３からな
る。近視野光照射口１は、遮光膜２に設けられた逆錘状
の窪み１１によって、遮光膜２の底面に形成されてい
る。この近視野光ヘッド１０００は、磁気ディスクの浮
上ヘッドに用いられる浮上スライダー面４を有してお
り、記録媒体と１０〜１００ｎｍの間隔を有して浮上す
る。

【００１９】図２および図３は、近視野光照射口１の拡
大断面図である。図２に示すように、近視野光照射口１
が、径ｄ１で定義される物理的開口１ａの場合、近視野
光照射口１に光を入射することによって、物理的開口１
ａから近視野光が照射される。また、図３に示すよう
に、近視野光照射口１が径ｄ２を有する光学的開口１ｂ
でも良い。距離ｓｄが、入射光の遮光膜に対する侵入長
程度に短い場合、物理的に開口が形成されていない場合
でも、径ｄ２程度のスポット径の近視野光が発生し、光
学的開口１ｂと考えることができる。光学的開口１ｂ
は、物理的な開口を有していないため、浮上スライダー
面４の空力設計が簡素化できるとともに、浮上スライダ
ー面４上にダイヤモンドライクカーボンをはじめとする
近視野光照射口１の保護膜を形成することによって、近
視野光ヘッド１０００および近視野光照射口１の耐摩耗
性を向上できる利点を有している。

【００２０】なお、浮上スライダー面４は、遮光膜２そ
のものに形成されていても良い。また、支持体３に浮上
スライダー面４が形成されていても同様な効果が得られ
る。物理的開口１ａの大きさｄ１および光学的開口１ｂ
の大きさｄ２はいずれも１０〜２００ｎｍである。ま
た、遮光膜２の厚さは１０〜５０００ｎｍである。ま
た、支持体３の厚さは２００ｎｍ〜２ｍｍである。ま
た、侵入長程度の距離ｓｄは、近視野光照射口１に導入
する光の波長と遮光膜２の材質によって異なるが、おお
よそ１〜３００ｎｍである。

【００２１】遮光膜２の材質は、アルミニウムや金など
の金属や、窒化シリコンやアルミナなどの誘電体であ
る。また、支持体３の材質は、金やニッケルなどの金属
や、ガラスやシリコンなどの誘電体である。図７は、光
記録再生装置１００００の簡単な装置構成を示した図で
ある。以上に説明した近視野光ヘッド１０００を記録媒
体５０４上に配置し、微小開口から出射される近視野光
によって情報の記録及び再生を行う。

【００２２】記録媒体用駆動モータ５０５によって記録
媒体５０４は回転する。近視野光ヘッド１０００は、回
転している記録媒体５０４と浮上スライダー面４による
流体ベアリングの作用によって、記録媒体から１０〜１
００ｎｍ離れた位置で浮上する。したがって、近視野光
照射口１の位置も、記録媒体５０４から１０〜１００ｎ
ｍ離れた位置にある。光導波路５０３は、遮光膜やサス
ペンション５０１に固定される。このとき、光導波路５
０３は、近視野光照射口１から発生する近視野光の強度
が大きくなるように位置が合わせられる。半導体レーザ
５０２から出射された光は、光導波路５０３によって近
視野光ヘッド１０００に導入される。近視野光ヘッド１
０００に導入された光は、近視野光照射口１から近視野
光となって記録媒体５０４に向けて照射される。

【００２３】記録媒体５０４は、たとえば、熱を加える
ことによってアモルファス状態あるいは結晶状態にな
り、その反射率や透過率の違いを利用して情報の記録再
生を行う相変化記録媒体である。この場合、たとえば、
情報記録は、微小開口から発生した近視野光を記録媒体
に照射することによって、記録媒体上の近視野光が照射
された領域を結晶状態からアモルファス状態に変化させ
ることによって行われる。近視野光照射口１と記録媒体
５０４の距離が、１０〜１００ｎｍであるので、近視野
光照射口１６から記録媒体５０４に照射される近視野光
の大きさは微小開口と同等の大きさとなり、たとえば１
００ｎｍの径を有している。記録媒体５０４の微小領域
のみを近視野光で加熱することが可能であるので、図１
に示す近視野光ヘッド１０００によって高密度記録が可
能である。

【００２４】一方、情報再生は、たとえば、以下に説明
するように行う。まず、近視野光ヘッド１０００の制御
回路５０６は、所望の情報記録位置上に微小開口が移動
するように、サーボ駆動回路５０８に信号を送る。サー
ボ駆動回路５０８から信号を受けたサーボモータ５０９
は、サスペンション５０１を介して近視野光ヘッド１０
００全体を移動させ、微小開口を情報記録位置に移動さ
せる。次に、微小開口から近視野光を記録マーク上に照
射し、記録媒体５０４を透過した伝搬光を集光レンズ系
５１０で受光素子５０７上に集め、電気信号を得る。得
られた電気信号は、制御回路５０６に送られ、たとえ
ば、信号強度を比較して微小開口と記録マークとの位置
ずれを検知する。微小開口と記録マークの位置がずれて
いる場合、位置ずれを修正するように制御回路５０６か
らサーボ回路５０８に信号が送られ、サーボ回路５０８
がサーボモータ５０９を駆動する。また、記録媒体５０
４を透過した伝搬光は、たとえば、記録媒体のアモルフ
ァス状態と結晶状態の透過率の違いを含んで受光素子上
に集光される。この透過率の情報が、情報信号として検
知される。得られた情報信号は、図には記述していない
信号処理回路を経て再生信号に変換される。記録媒体５
０４の微小領域の透過率を近視野光によって検出できる
ため、高密度の再生が可能である。

【００２５】以上説明したように、実施の形態１によれ
ば、サスペンション５０１によって支持された近視野光
ヘッド１０００が、最適設計された浮上スライダー面４
によって、記録媒体５０４の近傍で浮上しており、近視
野光照射口１からスポット径の小さな近視野光を記録媒
体に照射することができるため、高密度記録再生が可能
な近視野光ヘッド１０００を提供できる。

【００２６】上述したように、本発明の実施の形態１に
よれば、非常に薄い遮光膜２に近視野光照射口１が形成
されるため、光導波路５０３の出射端から近視野光照射
口１までの距離が小さくなる。したがって、近視野光照
射口１における光のスポット径を小さくすることができ
るため、近視野光出射口１から照射される近視野光の強
度が大きくなる。そのため、再生信号の信号強度が大き
くなるためＳ／Ｎ比が大きくなり、データ転送速度が大
きくなる。また、大きなエネルギー密度をもつ近視野光
によって、情報記録が可能になる。また、近視野光ヘッ
ド１０００は、全体の構成を薄片化することができるた
め、近視野光ヘッドが軽量となり高速高精度の位置決め
が可能となる。

【００２７】次に、図４から図６を用いて近視野光ヘッ
ド１０００の製造方法について説明する。図４（ａ）
は、基板１０３上に、応力調整層１０２および遮光膜１
０１を堆積した工程を説明した図であり、応力調整層１
０２および遮光膜１０１が堆積された状態を表してい
る。基板１０３上に応力調整層１０２をスピンコートや
スパッタなどの方法によって堆積し、その上に遮光膜１
０１をスパッタやＣＶＤなどで堆積する。

【００２８】基板１０３の厚さは２００〜１０００μｍ
である。応力調整層１０２の厚さは例えば１０〜５００
０ｎｍである。遮光膜１０１の厚さは１０〜５０００ｎ
ｍである。基板１０３の材質はシリコンや石英などの誘
電体や、アルミニウムやステンレスなどの金属である。
また、応力調整層１０２の材質は、ポリイミドやテフロ
ンなどの誘電体や、アルミニウムや金などの金属であ
る。また、遮光膜１０１の材質は、アルミニウムや金な
どの金属や、窒化シリコンやアルミナなどの誘電体であ
る。

【００２９】図４（ｂ）および図５（ａ）は、遮光膜１
０１に圧子１０４の圧痕を形成する工程を示しており、
図４（ｂ）は、圧子１０４を遮光膜１０１に押し込んだ
状態を示しており、図５（ａ）は、圧子１０４を遮光膜
１０１から離した状態を示している。遮光膜１０１を堆
積した後、圧子１０４を遮光膜１０１に押し込み、遮光
膜１０１を塑性変形させて圧痕を形成したのち、圧子１
０４を遮光膜１０１から引き離す。圧痕は、圧子１０４
の形状を転写した形状となる。圧子１０４の形状は、円
錐または角錘である。圧子１０４の材質は、ダイヤモン
ドや炭化珪素などの硬質材料である。この時、圧子１０
４は、ナノインデンテーション法を用いて遮光膜１０１
に押し込む。圧子１０４の押し込み量は、遮光膜１０１
の膜厚程度である。ナノインデンテーション法では、圧
子１０４を圧電素子またはボイスコイルモータなどの微
小変位機構を用いて押し込む。また、静電容量変位計や
レーザ干渉計などを用いて押し込み量を計測する。従っ
て、ナノインデンテーション法は、圧子１０４の押し込
み量をナノメートルオーダ以下の分解能で制御すること
ができる。押し込み量をナノメートルオーダ以下の分解
能で制御することによって、物理的開口１ａや光学的開
口１ｂの大きさｄ１及びｄ２を精度良く制御することが
可能である。

【００３０】また、応力調整層１０２の材質や厚さなど
を変えることによって遮光膜１０１と応力調整層１０２
との界面に働く力を制御することができるため、圧子１
０４を押し込んだ後の遮光膜１０１のバリや亀裂の発生
を防ぐことが可能である。また、圧子１０４の形状を変
更する事によって、近視野光照射口１の形状、先端角な
どを容易に変更する事ができる。たとえば、先端角を大
きくすることによって近視野光照射口１から出射する近
視野光の強度を大きくすることができる。

【００３１】図５（ｂ）は、圧痕を保護する工程を説明
する図であり、圧痕上に保護膜が形成されている状態を
示している。圧痕を形成した後、圧痕上に保護膜１０５
をフォトリソグラフィーによって形成する。保護膜１０
５は、フォトレジストやポリイミドなどの誘電体であ
る。図５（ｃ）は、支持体３を形成する工程を説明する
図であり、支持体材料１０６が形成されている状態を示
している。保護膜１０５を形成した後、メッキ法によっ
て、遮光膜１０１上に支持体３となる支持体材料１０６
を形成する。支持体材料１０６は、金やニッケルなどの
金属である。また、支持体材料１０６がガラスやシリコ
ンなどの誘電体の場合、図５（ａ）で説明した工程の
後、陽極接合をはじめとする接合や接着によって支持体
材料１０６を遮光膜１０１上に形成しても良い。この場
合、図５（ｂ）および図５（ｃ）で説明した工程は省略
することができる。

【００３２】図６（ａ）は、保護膜１０５を除去する工
程を説明する図であり、保護膜１０５が除去された状態
を示している。支持体材料１０６を形成したのち、保護
膜１０５を濃硝酸によるエッチングや酸素プラズマによ
るドライエッチングによって除去する。図６（ｂ）は、
基板１０３および応力調整層１０２を除去する工程を説
明する図であり、基板１０３および応力調整層１０２が
除去された状態を示している。近視野光ヘッド１０００
を得るため、応力調整層１０２を犠牲層とする犠牲層エ
ッチングによって基板１０３および応力調整層１０２を
除去する。また、圧痕が形成された面と反対側からのエ
ッチングによって基板１０３、応力調整層１０２の順に
除去しても良い。

【００３３】また、上記で説明した工程において、応力
調整層１０２を省略し、基板１０３に応力調整層の機能
を持たせることによっても、同様な近視野光ヘッド１０
００が得られるのは言うまでもない。上述した方法によ
れば、本発明の実施の形態１の近視野光ヘッド１０００
が容易にかつ、大量に作製できる。また、圧子１０４に
よって遮光膜１０１に圧痕をつける工程によって、近視
野光照射口１を精度良く大量に形成することができる。
さらに、圧子１０４の形状を変えるだけで様々な形状の
近視野光照射口１を形成することが可能である。たとえ
ば、近視野光照射口１の先端角を大きくすることによっ
て、近視野光照射口１から照射される近視野光の強度を
大きくすることができる。また、図１３に示すように、
窪み１１を形成する円錐または多角錘の断面形状を非対
称にすることによっても近視野光照射口１から照射され
る近視野光の強度を大きくすることが可能である。 （実施の形態２）図８は、本発明の実施の形態２に係る
近視野光ヘッド２０００の概略図である。近視野光ヘッ
ド２０００は、実施の形態１と同様な近視野光照射口１
と遮光膜２および支持体５と、支持体５と一体となって
いる光伝搬体６およびミラー７からなる。図には記載し
ていない光源から光伝搬体６に導入された光は、光伝搬
体６中を伝搬し、支持体５に形成されたミラー７によっ
て近視野光照射口１に向かって照射され、近視野光照射
口１から近視野光が発生する。支持体５の材質は、シリ
コンやガラスなどの誘電体やアルミニウムやステンレス
鋼などの金属である。光伝搬体６は、光ファイバーや薄
膜導波路であり、その材質は、ガラスや二酸化珪素やポ
リイミドなどの誘電体である。ミラー７は、支持体５に
形成された斜面を利用したものであり、材質は支持体５
と同一または支持体５の斜面に形成されたアルミニウム
や金などの金属である。

【００３４】近視野光ヘッド２０００の製造方法は、以
下の通りである。近視野光照射口１および遮光膜２の形
成方法は、実施の形態１で説明した近視野光ヘッド１０
００の製造方法の図５（ａ）までで説明した工程と同じ
である。次に、光伝搬体６を形成または固定した支持体
５を遮光膜２上に接着または接合する。光伝搬体６を形
成または固定した支持体５の形成方法は、まず、シリコ
ン基板の異方性エッチングによって段差を形成する。次
に、段差を形成したシリコン基板上にアルミニウムや金
などの金属を堆積し、ミラー７を形成する。次に、ミラ
ー７を形成した基板に光伝搬体６となる膜を形成した後
にパターニングを行い光伝搬体６を形成する。また、光
伝搬体６が光ファイバーの場合、光伝搬体６は、エポキ
シ系樹脂をはじめとする接着剤によって固定する。最後
に、実施の形態１の図６（ａ）から（ｂ）で説明した工
程と同じ工程によって基板１０３および応力調整層１０
２を遮光膜１０１から分離することで近視野光ヘッド２
０００を得ることができる。

【００３５】本発明の実施の形態２に係る近視野光ヘッ
ド２０００は、図７で説明した構成とほぼ同じ構成で使
用することができる。以上説明したように、本発明の実
施の形態２に係る近視野光ヘッド２０００によれば、実
施の形態１に記載の効果に加えて、近視野光照射口１ま
での光伝送系を平面内に構成することができるため、本
発明の実施の形態１で説明した近視野光ヘッド１０００
よりも光記録・再生装置の構成を小型化することが容易
である。 （実施の形態３）近視野光デバイスとして、ＳＮＯＭ用
のプローブについて示す。図９は、本発明の実施の形態
３に係る走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の概略
図である。走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００は、
支持体８上に形成された遮光膜２からなるカンチレバー
９と、カンチレバー９の先端に形成されたチップ１０
と、チップ内部に形成され、異なる錘形状の少なくとも
一部分を複数組み合わせて構成される窪み１１と、チッ
プ１０の先端に形成された近視野光照射口１からなる。

【００３６】カンチレバー９の長さと幅と厚さは、それ
ぞれ、たとえば１００μｍ、５０μｍ、１００〜５００
０ｎｍである。チップ１０の高さは、たとえば１０μｍ
である。また、チップ１０は、円錐状または角錐状であ
り、その先端の曲率半径はたとえば、数１０ｎｍであ
り、近視野光照射口１の径は、たとえば１００ｎｍであ
る。支持体８は、たとえばシリコンや水晶などである。
遮光膜２は、アルミニウムや金などの光を反射する金属
が用いられる。窪み１１の形状は、円錐状または角錐状
であり、窪み１１の先端角は、１０〜１５０度である。

【００３７】図１０は、本発明の実施の形態３に関わる
走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００を搭載した走査
型プローブ顕微鏡２００００を示す構成図である。ここ
では簡単のため、走査型近視野顕微鏡用プローブ３００
０をコンタクトモードで制御する場合について説明す
る。この走査型プローブ顕微鏡２００００は、図９に示
した走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００と、光情報
測定用の光源６０１と、光源６０１の前面に配置したレ
ンズ６０２と、レンズ６０２で集光した光を走査型近視
野顕微鏡用プローブ３０００まで伝搬する光ファイバ６
０３と、試料６１０の下方に配置されチップ１０の先端
で発生した伝搬光を反射するプリズム６１１と、プリズ
ム６１１で反射した伝搬光を集光するレンズ６１４と、
集光した伝搬光を受光する光検出部６０９と、を備えて
いる。

【００３８】また、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０
００の上方には、レーザ光を出力するレーザ発振器６０
４と、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のカンチ
レバー９で反射したレーザ光を反射するミラー６０５
と、反射したレーザ光を受光して光電変換する上下２分
割した光電変換部６０６と、を備えている。さらに、試
料６１０およびプリズム６１１をＸＹＺ方向に移動制御
する粗動機構６１３および微動機構６１２と、これら粗
動機構６１３および微動機構６１２を駆動するサーボ機
構６０７と、装置全体の制御をするコンピュータ６０８
とを備えている。

【００３９】つぎに、この走査型プローブ顕微鏡２００
００の動作について説明する。レーザ発振器６０４から
放出したレーザ光は、走査型近視野顕微鏡用プローブ３
０００のカンチレバー９上で反射する。走査型近視野顕
微鏡用プローブ３０００のカンチレバー９は近視野光照
射口１と試料６１０の表面が接近すると、試料６１０と
の間の引力または斥力によってたわむ。このため、反射
したレーザ光の光路が変化するため、これを光電変換部
６０６で検出する。

【００４０】光電変換部６０６により検出した信号は、
サーボ機構６０７に送られる。サーボ機構６０７は、光
電変換部６０６で検出した信号に基づいて、試料６１０
に対する走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００のアプ
ローチや、表面の観察の際に、走査型近視野顕微鏡用プ
ローブ３０００のたわみが一定となるように、粗動機構
６１３および微動機構６１２を制御する。コンピュータ
６０８は、サーボ機構６０７の制御信号から表面形状の
情報を受け取る。

【００４１】また、光源６０１から放出された光は、レ
ンズ６０２により集光され、光ファイバ６０３に至る。
光ファイバ６０３内を伝搬した光は、走査型近視野顕微
鏡用プローブ３０００の窪み１１に入射光が導入され、
近視野光照射口１から試料６１０に照射される。一方、
プリズム６１１により反射した試料６１０の光学的情報
は、レンズ６１４により集光され、光検出部６０９に導
入される。光検出部６０９の信号は、コンピュータ６０
８のアナログ入力インタフェースを介して取得され、コ
ンピュータ６０８により光学的情報として検出される。

【００４２】また、走査型プローブ顕微鏡２００００
は、試料とチップ１０との距離制御方法として、走査型
近視野顕微鏡用プローブ３０００を励振させた状態で試
料に近づけ、カンチレバーの振幅が一定となるようにサ
ーボ機構６０７によって粗動機構６１３および微動機構
６１２を制御するダイナミックモードによっても観察が
可能である。

【００４３】以上説明したように、本実施の形態３によ
る走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００によれば、遮
光膜２の厚さを非常に小さくすることができるため、共
振周波数が高く、バネ定数の小さな走査型近視野顕微鏡
用プローブを提供することができる。したがって、走査
型近視野顕微鏡の観察・計測時の走査速度を大きくする
ことができ、また、試料やプローブ自身の損傷を防ぐこ
とが可能である。また、窪み１１のテーパを多段にする
ことによって、近視野光照射口１から発生する近視野光
の強度を大きくすることが可能である。また、近視野光
照射口１が光学的開口１ｂの場合、物理的開口１ａに比
べ、チップ１０の先端半径を小さく形成できるため、凹
凸像の平面分解能を向上させることが可能である。

【００４４】次に、図１１から図１２を用いて走査型近
視野顕微鏡用プローブ３０００の製造方法について説明
する。図１１（ａ）は、モールド３０２上に遮光膜３０
１を堆積する工程を説明した図であり、モールド３０２
上に遮光膜３０１が堆積された状態を示している。モー
ルド３０２となる基板にエッチングなどで逆錘状の凹み
を形成し、モールド３０２を形成する。その後、スパッ
タや真空蒸着などの方法によって、モールド３０２上に
遮光膜３０１を堆積する。遮光膜３０１の窪みは、ほぼ
モールド３０２の窪みと同じテーパー角を有する。モー
ルド３０２は、例えば、シリコンや石英などの誘電体や
アルミニウムをはじめとする金属である。遮光膜３０２
は、例えば、アルミニウムや金などの金属や窒化珪素や
炭化珪素などの誘電体である。

【００４５】図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、遮光
膜３０１に近視野光照射口１を形成する工程を説明した
図であり、図１１（ｂ）は、遮光膜３０１に圧子３０３
を押し込んだ状態を示しており、図１１（ｃ）は、遮光
膜３０１から圧子３０３を取り除いた状態を示してい
る。遮光膜３０１を堆積した後、圧子３０３の先端とモ
ールド３０２に形成された逆錘状の窪みの先端の位置を
あわせ、圧子３０３を遮光膜３０１に押し込む。これに
よって、遮光膜３０１に近視野光照射口１が形成され
る。圧子３０３の形状は、実施の形態１において説明し
た圧子１０４とほぼ同じである。圧子３０３の先端角
は、モールド３０２に形成された逆錘状の窪みの先端角
よりも小さい。したがって、遮光膜３０１の窪みは複数
の錘形状からなる。圧子３０３の先端角を多数用意し、
遮光膜３０１の同一部分に押し込むことによって、遮光
膜３０１内部の窪みは、複数のテーパー角を持つことも
可能である。

【００４６】図１２（ａ）は、支持体３０４を形成する
工程を説明した図であり、支持体３０４が形成された状
態を示している。近視野光照射口１を形成した後、遮光
膜３０１上に支持体３０４を接合や接着によって形成す
る。図１２（ｂ）は、モールド３０２を除去する工程を
説明した図であり、モールド３０２が除去された状態を
示している。支持体３０４を形成した後、モールドをエ
ッチングによって除去する。また、図では示していない
が、近視野光照射口１を形成するために、実施の形態１
と同様に、モールド３０２と遮光膜３０１の間に応力調
整層を設けても良い。この場合、図１２（ｂ）で説明し
た工程において、応力調整層の犠牲層エッチングによっ
てもモールド３０２が除去できる。

【００４７】以上説明したように、走査型近視野顕微鏡
用プローブ３０００は、容易に作製する事ができる。ま
た、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の近視野光
照射口１が光学的開口１ｂの場合、物理的開口１ａに比
べ、チップ１０の先端角を小さくすることができる。従
って、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００の光学像
や凹凸像の分解能を高くすることができる。

【００４８】また、図９に示す走査型近視野顕微鏡用プ
ローブ３０００のカンチレバー９の上に支持体８と同一
材料で構成されるカンチレバーによって、遮光膜２を補
強する構成にしても上記で説明した効果が得られる。ま
た、上記では走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００か
ら近視野光を照射するイルミネーションモードで説明し
たが、走査型近視野顕微鏡用プローブ３０００は、試料
の光情報を近視野光照射口１によって検出するコレクシ
ョンモードや、試料への近視野光照射と光情報の検知を
同時に行うイルミネーション・コレクションモードでも
使用することが可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の実施の形
態１によれば、逆錘状の窪みに光を導入することによっ
て、近視野光照射口から近視野光を照射することがで
き、また、前記逆錘状の窪みが前記遮光膜を貫通せず、
前記逆錘状の窪みの先端近傍における光透過部分である
構成の場合、近視野光を対象物に照射するために物理的
な穴を形成する必要がないため、近視野光照射口の耐摩
耗性や耐衝撃性などの物理的強度を大きくすることがで
きる。したがって、光記録・再生装置の信頼性や寿命が
向上する。また、遮光膜の膜厚が小さいため、光源から
近視野光照射口までの距離を短くすることができ、近視
野光の発生効率が向上し、近視野光照射口から照射され
る近視野光の強度を大きくすることができる。したがっ
て、信号のＳ／Ｎ比が向上し信号転送速度が大きくな
る。また、近視野光の発生効率の向上によって、光記録
に必要な光源の強度を小さくすることが可能であり、光
記録・再生装置の消費電力を低く押さえることができ
る。さらに、前記遮光膜が薄いため、本発明に係る近視
野光デバイスの重量が小さくなり、高速高精度のトラッ
キングが可能になる。

【００５０】また、逆錘状の窪みを複数の異なる錘形状
の一部分を組み合わせた構成とすることによって、本発
明に係る近視野光デバイスは、近視野光照射口に到達す
るまでの入射光の強度を大きく保つことができ、結果と
して、近視野光照射口から照射する近視野光の強度を大
きくすることが可能である。また、前記逆錘状の窪み
が、少なくとも直錘ではない円錐、または、多角錘を構
成する側面のうち少なくとも一つの面が二等辺三角形で
はない多角錘の一部分を含む形状である構成とすること
によっても、近視野光照射口から照射される近視野光の
強度を大きくすることができる。また、前記近視野光デ
バイスが、記録媒体との相対運動によって浮力を得る浮
上スライダー構造を有する構成とすることによって、本
発明に係る近視野光デバイスは、記録媒体上を一定の距
離で浮上することができる。従って、近視野光照射口と
記録媒体とを近接させることによって分解能の向上が容
易となる。

【００５１】本発明の実施の形態２によれば、本発明の
実施の形態１よりも光記録・再生装置の構成を小型化す
ることが容易である。また、本発明の実施の形態３によ
れば、遮光膜の厚さを非常に小さくすることができるた
め、共振周波数が高く、バネ定数の小さな走査型近視野
顕微鏡用プローブを提供することができる。したがっ
て、走査型近視野顕微鏡の観察・計測時の走査速度を大
きくすることができ、また、試料やプローブ自身の損傷
を防ぐことが可能である。また、本発明の実施の形態１
と同様に逆錘状の窪みを複数の異なる錘形状の一部分を
組み合わせることによって、近視野光の発生効率を向上
させることができ、観察・計測時の光信号のＳ／Ｎ比を
向上させることができるため走査速度を大きくすること
が可能となる。また、近視野光の発生効率の向上によっ
て、光の高密度エネルギを利用した加工や分析などが容
易になる。

【００５２】また、本発明の近視野光デバイスの作製方
法によれば、近視野光デバイスを容易に作成することが
可能である。また、大量生産が容易であるため、近視野
光デバイスを低コストで作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドを
示す概略図である。

【図２】本発明の実施の形態１による物理的開口を示す
図である。

【図３】本発明の実施の形態１による光学的開口を示す
図である。

【図４】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドの
製造方法を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドの
製造方法を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドの
製造方法を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッドを
用いた光記録再生装置の簡単な装置構成を示す図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態２による近視野光ヘッドを
示す構成図である。

【図９】本発明の実施の形態３に係る走査型近視野顕微
鏡用プローブを示す概略図である。

【図１０】本発明の実施の形態３に係る走査型近視野顕
微鏡用プローブを搭載した走査型プローブ顕微鏡を示す
構成図である。

【図１１】本発明の実施の形態３による走査型近視野顕
微鏡用プローブの製造方法を示す図である。

【図１2】本発明の実施の形態３による走査型近視野顕
微鏡用プローブの製造方法を示す図である。

【図１3】本発明の実施の形態１による近視野光ヘッド
の窪みを示す図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ 近視野光照射口 ２ 遮光膜 ３，５，８ 支持体 ４ 浮上スライダー面 ６ 光伝搬体 ７ ミラー ９ カンチレバー １０ チップ １１ 窪み １０１ 遮光膜 １０２ 応力調整層 １０３ 基板 １０４ 圧子 １０５ 保護膜 １０６ 支持体材料 ３０１ 遮光膜 ３０２ モールド ３０３ 圧子 ３０４ 支持体 １０００，２０００ 近視野光ヘッド ３０００ 走査型近視野顕微鏡用プローブ １００００ 光記録再生装置 ２００００ 走査型プローブ顕微鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｂ 7/135 Ｇ１１Ｂ 7/135 Ｚ Ｇ１２Ｂ 21/06 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ｃ (72)発明者 新輪 隆 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 加藤 健二 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 光岡 靖幸 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 中島 邦雄 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 近視野光を照射および／あるいは検出を
   行う近視野光デバイスにおいて、 遮光膜と、 前記遮光膜に形成された逆錘状の窪みと、 前記逆錘状の窪みの先端にあり、大きさが光の波長以下
   である近視野光照射口と、 前記遮光膜を支持する支持体からなることを特徴とする
   近視野光デバイス。
2. 【請求項２】 前記近視野光照射口が、前記逆錘状の窪
   みが前記遮光膜を貫通してできた開口であることを特徴
   とする請求項１記載の近視野光デバイス。
3. 【請求項３】 前記近視野光照射口が、前記逆錘状の窪
   みが前記遮光膜を貫通せず、前記逆錘状の窪みの先端近
   傍における光透過部分であることを特徴とする請求項１
   記載の近視野光デバイス。
4. 【請求項４】 前記遮光膜の膜厚が１０〜５０００ｎｍ
   であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項
   に記載の近視野光デバイス。
5. 【請求項５】 前記逆錘状の窪みが異なる錘形状の一部
   分を複数組み合わせて構成されていることを特徴とする
   請求項１から４のいずれか一項に記載の近視野光デバイ
   ス。
6. 【請求項６】 前記逆錘状の窪みが、少なくとも直円錐
   または、直多角錘の一部を含む形状であることを特徴と
   する請求項１から５のいずれか一項に記載の近視野光デ
   バイス。
7. 【請求項７】 前記逆錘状の窪みが、少なくとも直錘で
   はない円錐、または、多角錘を構成する側面のうち少な
   くとも一つの面が二等辺三角形ではない多角錘の一部分
   を含む形状であることを特徴とする請求項１から５のい
   ずれか一項に記載の近視野光デバイス。
8. 【請求項８】 前記近視野光デバイスが、記録媒体との
   相対運動によって浮力を得る浮上スライダー構造を有す
   ることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記
   載の近視野光デバイス。
9. 【請求項９】 前記浮上スライダー構造が、前記遮光膜
   に形成されていることを特徴とする請求項８記載の近視
   野光デバイス。
10. 【請求項１０】 前記浮上スライダー構造が、前記支持
    体に形成されていることを特徴とする請求項８記載の近
    視野光デバイス。
11. 【請求項１１】 片持ち梁と、 前記片持ち梁の前記支持体とは反対の面に形成された探
    針を有し、 前記探針の先端に前記近視野光照射口が形成されている
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載
    の近視野光デバイス。
12. 【請求項１２】 前記片持ち梁が、前記遮光膜と同一材
    料で形成されていることを特徴とする請求項１１記載の
    近視野光デバイス。
13. 【請求項１３】 前記片持ち梁が、前記支持体と同一材
    料で形成されていることを特徴とする請求項１１記載の
    近視野光デバイス。
14. 【請求項１４】 前記遮光膜を形成する工程と、前記近
    視野光照射口を形成する工程を含み、前記近視野光照射
    口を形成する工程が、少なくとも１つ以上の錘状の圧子
    によって前記遮光膜に圧痕を形成する工程を含むことを
    特徴とする近視野光デバイスの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記遮光膜を形成する工程が、前記遮
    光膜にかかる応力を調整するための応力調整層を有する
    基板を使用することを特徴とする請求項１４記載の近視
    野光デバイスの製造方法。