JP2002296169A - 近接場光プローブ、及び該近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ装置 - Google Patents
近接場光プローブ、及び該近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】分解能を上げるため開口サイズを小さくしても
十分な強度の近接場光を得ることができる近接場光プロ
ーブ、及び該近接場光プローブを有する近接場光学顕微
鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ
装置を提供する。 【解決手段】近接場光プローブにおいて、周囲にスリッ
ト状の切れ込みを有する開口が遮光膜に設けられた構成
を有し、該遮光膜の一方の側から該開口のスリット状の
切れ込みに対して光源からの光を所定方向に偏光させて
入射させ、該開口部分から近接場光を発生させるように
構成する。
十分な強度の近接場光を得ることができる近接場光プロ
ーブ、及び該近接場光プローブを有する近接場光学顕微
鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ
装置を提供する。 【解決手段】近接場光プローブにおいて、周囲にスリッ
ト状の切れ込みを有する開口が遮光膜に設けられた構成
を有し、該遮光膜の一方の側から該開口のスリット状の
切れ込みに対して光源からの光を所定方向に偏光させて
入射させ、該開口部分から近接場光を発生させるように
構成する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光波長以下の分解
能を有する近接場光プローブ、及び該近接場光プローブ
を有する近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装
置、近接場光ストレージ装置に関するものである。
能を有する近接場光プローブ、及び該近接場光プローブ
を有する近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装
置、近接場光ストレージ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】体外受精や遺伝子治療など微細化するバ
イオテクノロジーに用いられる顕微鏡、インターネット
や高精細ビデオ画像など情報化社会における大容量情報
を保存する半導体メモリを製造する光リソグラフィー装
置や大容量光ディスクなど、光を用いた顕微鏡、加工装
置、ストレージ装置はますます微細化が進み、今後求め
られる分解能は１００ナノメートル以下となっている。
イオテクノロジーに用いられる顕微鏡、インターネット
や高精細ビデオ画像など情報化社会における大容量情報
を保存する半導体メモリを製造する光リソグラフィー装
置や大容量光ディスクなど、光を用いた顕微鏡、加工装
置、ストレージ装置はますます微細化が進み、今後求め
られる分解能は１００ナノメートル以下となっている。
【０００３】これまで、光を用いた装置では、用いる光
源の短波長化やレンズの高ＮＡ化により高分解能化が進
められてきたが、それも限界に近づきつつある。こうし
た状況を背景として、レンズを用いず、分解能が光波長
によらない近接場光を用い、回折限界を超える高分解能
が達成可能な近接場光学の概念が注目を集めている。現
在、この原理を用いた近接場光学顕微鏡が開発され、さ
らにこれを応用した加工装置、ストレージ装置の開発も
進められている。
源の短波長化やレンズの高ＮＡ化により高分解能化が進
められてきたが、それも限界に近づきつつある。こうし
た状況を背景として、レンズを用いず、分解能が光波長
によらない近接場光を用い、回折限界を超える高分解能
が達成可能な近接場光学の概念が注目を集めている。現
在、この原理を用いた近接場光学顕微鏡が開発され、さ
らにこれを応用した加工装置、ストレージ装置の開発も
進められている。
【０００４】さて、上記の近接場光学顕微鏡では、尖鋭
化された光ファイバーを遮光金属膜で覆い、先端に１０
０ｎｍ程度のサイズの開口を設けたものを光プローブと
する。この開口の裏側から光を照射し、開口の表側に滲
み出る近接場光を観察対象の試料表面に照射し、その反
射光や透過光を検出することにより、試料表面の状態を
開口サイズと同程度の分解能で観察することが可能であ
る（特開平７−１７４５４２号公報，米国特許５６７７
９７８号明細書参照）。
化された光ファイバーを遮光金属膜で覆い、先端に１０
０ｎｍ程度のサイズの開口を設けたものを光プローブと
する。この開口の裏側から光を照射し、開口の表側に滲
み出る近接場光を観察対象の試料表面に照射し、その反
射光や透過光を検出することにより、試料表面の状態を
開口サイズと同程度の分解能で観察することが可能であ
る（特開平７−１７４５４２号公報，米国特許５６７７
９７８号明細書参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記光プロ
ーブの分解能は開口サイズで決まるため、分解能をさら
に上げるためには、開口サイズをさらに小さくする必要
がある。しかしながら、開口サイズを小さくすると、開
口の表側に滲み出る近接場光の強度が小さくなってしま
う。このため、近接場光学顕微鏡の分解能を向上させよ
うとすると、検出する近接場光の反射光や透過光の強度
も低下し、検出信号のＳ／Ｎ比が低下するため、顕微鏡
観察に長時間を必要とする問題があった。
ーブの分解能は開口サイズで決まるため、分解能をさら
に上げるためには、開口サイズをさらに小さくする必要
がある。しかしながら、開口サイズを小さくすると、開
口の表側に滲み出る近接場光の強度が小さくなってしま
う。このため、近接場光学顕微鏡の分解能を向上させよ
うとすると、検出する近接場光の反射光や透過光の強度
も低下し、検出信号のＳ／Ｎ比が低下するため、顕微鏡
観察に長時間を必要とする問題があった。
【０００６】また、この光プローブを用いた加工装置に
おいても、超微細加工を行うために開口サイズを小さく
すると、透過光量が減少し、加工時間が長時間かかり、
スループットが低下するという問題があった。また、光
ストレージ装置においても同様に、大容量化のために開
口サイズを小さくすると、記録再生時間が低下するとい
う問題があった。
おいても、超微細加工を行うために開口サイズを小さく
すると、透過光量が減少し、加工時間が長時間かかり、
スループットが低下するという問題があった。また、光
ストレージ装置においても同様に、大容量化のために開
口サイズを小さくすると、記録再生時間が低下するとい
う問題があった。
【０００７】そこで、本発明は、上記課題を解決し、分
解能を上げるため開口サイズを小さくしても十分な強度
の近接場光を得ることができる近接場光プローブ、及び
該近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡、近接場
光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ装置を提供
することを目的とするものである。
解能を上げるため開口サイズを小さくしても十分な強度
の近接場光を得ることができる近接場光プローブ、及び
該近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡、近接場
光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ装置を提供
することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、つぎの（１）〜（１３）のように構成し
た近接場光プローブ、及び該近接場光プローブを有する
近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接
場光ストレージ装置を提供するものである。 （１）周囲にスリット状の切れ込みを有する開口が遮光
膜に設けられた構成を有し、該遮光膜の一方の側から該
開口のスリット状の切れ込みに対して光源からの光を所
定方向に偏光させて入射させ、該開口部分から近接場光
を発生させることを特徴とする近接場光プローブ。 （２）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口が
全体として略十字形をなしており、前記所定方向に偏光
させた光が、該十字に対して略４５°なす方向に偏光さ
せた光であることを特徴とする上記（１）に記載の近接
場光プローブ。 （３）前記スリット状の切れ込みが前記開口を挟んで筋
違いの形状をなしており、前記偏光方向における前記開
口のエッジ間隔が該偏光方向と直交する方向のエッジ間
隔に比べて小さいことを特徴とする上記（２）に記載の
近接場光プローブ。 （４）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口が
全体として略Ｈ字形をなしており、前記所定方向に偏光
させた光が、該Ｈ字に対して略縦方向に偏光させた光で
あることを特徴とする上記（１）に記載の近接場光プロ
ーブ。 （５）前記Ｈ字の端部のスリットとスリットの間隔がす
そ広がりとなっていることを特徴とする上記（４）に記
載の近接場光プローブ。 （６）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口
が、前記遮光膜で覆われた光導波路の尖鋭化された先端
部に設けられていることを特徴とする上記（１）〜
（５）のいずれかに記載の近接場光プローブ。 （７）前記遮光膜で覆われた光導波路の尖鋭化された先
端部が四角錐形状であり、前記スリット状の切れ込みの
位置が該四角錐の稜線に略一致していることを特徴とす
る上記（６）に記載の近接場光プローブ。 （８）前記遮光膜が平面状であり、前記周囲にスリット
状の切れ込みを有する開口が該遮光膜平面上に設けられ
ていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか
に記載の近接場光プローブ。 （９）前記遮光膜平面上に前記開口が少なくとも２つ以
上設けられていることを特徴とする上記（８）に記載の
近接場光プローブ。 （１０）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口
を備えたプローブが、弾性体上に設けられていることを
特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載の近接
場光プローブ。 （１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の近接
場光プローブを有する近接場光学顕微鏡。 （１２）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の近接
場光プローブを有する近接場光リソグラフィー装置。 （１３）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の近接
場光プローブを有する近接場光ストレージ装置。
決するために、つぎの（１）〜（１３）のように構成し
た近接場光プローブ、及び該近接場光プローブを有する
近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接
場光ストレージ装置を提供するものである。 （１）周囲にスリット状の切れ込みを有する開口が遮光
膜に設けられた構成を有し、該遮光膜の一方の側から該
開口のスリット状の切れ込みに対して光源からの光を所
定方向に偏光させて入射させ、該開口部分から近接場光
を発生させることを特徴とする近接場光プローブ。 （２）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口が
全体として略十字形をなしており、前記所定方向に偏光
させた光が、該十字に対して略４５°なす方向に偏光さ
せた光であることを特徴とする上記（１）に記載の近接
場光プローブ。 （３）前記スリット状の切れ込みが前記開口を挟んで筋
違いの形状をなしており、前記偏光方向における前記開
口のエッジ間隔が該偏光方向と直交する方向のエッジ間
隔に比べて小さいことを特徴とする上記（２）に記載の
近接場光プローブ。 （４）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口が
全体として略Ｈ字形をなしており、前記所定方向に偏光
させた光が、該Ｈ字に対して略縦方向に偏光させた光で
あることを特徴とする上記（１）に記載の近接場光プロ
ーブ。 （５）前記Ｈ字の端部のスリットとスリットの間隔がす
そ広がりとなっていることを特徴とする上記（４）に記
載の近接場光プローブ。 （６）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口
が、前記遮光膜で覆われた光導波路の尖鋭化された先端
部に設けられていることを特徴とする上記（１）〜
（５）のいずれかに記載の近接場光プローブ。 （７）前記遮光膜で覆われた光導波路の尖鋭化された先
端部が四角錐形状であり、前記スリット状の切れ込みの
位置が該四角錐の稜線に略一致していることを特徴とす
る上記（６）に記載の近接場光プローブ。 （８）前記遮光膜が平面状であり、前記周囲にスリット
状の切れ込みを有する開口が該遮光膜平面上に設けられ
ていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか
に記載の近接場光プローブ。 （９）前記遮光膜平面上に前記開口が少なくとも２つ以
上設けられていることを特徴とする上記（８）に記載の
近接場光プローブ。 （１０）前記周囲にスリット状の切れ込みを有する開口
を備えたプローブが、弾性体上に設けられていることを
特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載の近接
場光プローブ。 （１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の近接
場光プローブを有する近接場光学顕微鏡。 （１２）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の近接
場光プローブを有する近接場光リソグラフィー装置。 （１３）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の近接
場光プローブを有する近接場光ストレージ装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用して遮光膜に十字形の開口を設けること
で、従来の円形開口に比べ、はるかに大きな近接場光強
度を発生させることが可能となる。したがって、分解能
を上げるために、開口サイズを小さくしても十分な近接
場光信号強度を得ることができる。このため、近接場光
学顕微鏡の分解能を向上させた場合でも、検出する近接
場光の反射光や透過光の強度が低下せず、検出信号のＳ
／Ｎ比が低下することなく、顕微鏡観察が短時間で可能
となる。また、この光プローブを用いた加工装置におい
ても、超微細加工を行うために開口サイズを小さくして
も、透過光量が減少することなく、加工時間が短時間と
なり、スループットが向上した。また、光ストレージ装
置においても同様に、大容量化のために開口サイズを小
さくしても、高速な記録再生が可能となる。
上記構成を適用して遮光膜に十字形の開口を設けること
で、従来の円形開口に比べ、はるかに大きな近接場光強
度を発生させることが可能となる。したがって、分解能
を上げるために、開口サイズを小さくしても十分な近接
場光信号強度を得ることができる。このため、近接場光
学顕微鏡の分解能を向上させた場合でも、検出する近接
場光の反射光や透過光の強度が低下せず、検出信号のＳ
／Ｎ比が低下することなく、顕微鏡観察が短時間で可能
となる。また、この光プローブを用いた加工装置におい
ても、超微細加工を行うために開口サイズを小さくして
も、透過光量が減少することなく、加工時間が短時間と
なり、スループットが向上した。また、光ストレージ装
置においても同様に、大容量化のために開口サイズを小
さくしても、高速な記録再生が可能となる。
【００１０】このように、上記構成によれば、従来のも
のに比べてはるかに大きな近接場光強度を得ることが可
能となるが、それは本発明者らのつぎのような知見に基
づくものである。これを、従来のものと対比させて説明
するため、従来から用いられている近接場光プローブの
構成を図３に示す。図３（ａ）はプローブを上面から見
た図、図３（ｂ）は断面図である。図３において、周囲
が遮光膜３０２に覆われている光導波路３０１の尖鋭化
された先端に円形開口３０３が設けられている。この光
導波路３０１に対し、開口とは反対側の端面から光を入
射し、先端の円形開口３０３から近接場光３０４を発生
させる。
のに比べてはるかに大きな近接場光強度を得ることが可
能となるが、それは本発明者らのつぎのような知見に基
づくものである。これを、従来のものと対比させて説明
するため、従来から用いられている近接場光プローブの
構成を図３に示す。図３（ａ）はプローブを上面から見
た図、図３（ｂ）は断面図である。図３において、周囲
が遮光膜３０２に覆われている光導波路３０１の尖鋭化
された先端に円形開口３０３が設けられている。この光
導波路３０１に対し、開口とは反対側の端面から光を入
射し、先端の円形開口３０３から近接場光３０４を発生
させる。
【００１１】この近接場光３０４の広がりの程度は、横
方向（図中ｘｙ方向）は円形開口３０３の大きさと同程
度、縦方向（図中ｚ方向）は、光波長以下の１００ｎｍ
程度である。ここで、円形開口３０３の大きさを小さく
すると、近接場光３０４の横方向の広がりも小さくなる
ため、光プローブの分解能を向上させることができる
が、円形開口３０３から発生する近接場光の強度が小さ
くなってしまう。
方向（図中ｘｙ方向）は円形開口３０３の大きさと同程
度、縦方向（図中ｚ方向）は、光波長以下の１００ｎｍ
程度である。ここで、円形開口３０３の大きさを小さく
すると、近接場光３０４の横方向の広がりも小さくなる
ため、光プローブの分解能を向上させることができる
が、円形開口３０３から発生する近接場光の強度が小さ
くなってしまう。
【００１２】円形開口における近接場光発生の原理を図
４に示す。図４において、円形開口４０１を有し、金属
からなる遮光膜４０２に手前方向から光が入射するとす
る。ある瞬間の光の電界ベクトルの向きが図中に示した
方向であるとき、金属表面の自由電子が光の電界から力
を受け、電界の向きと逆方向に移動する。このとき、円
形開口４０１の（図４における）上端部４０３に達した
自由電子は、それ以上移動せず上端部４０３にとどまる
ため、円形開口４０１の上端部４０３の自由電子密度が
増大する。逆に、円形開口４０１の下端部４０４は自由
電子密度が減少する。このため、円形開口４０１の上端
部４０３と下端部４０４の間に入射光電界と同じ向きの
電界が生じ、この一部が円形開口４０１の向こう側へ滲
み出し、近接場光となる。
４に示す。図４において、円形開口４０１を有し、金属
からなる遮光膜４０２に手前方向から光が入射するとす
る。ある瞬間の光の電界ベクトルの向きが図中に示した
方向であるとき、金属表面の自由電子が光の電界から力
を受け、電界の向きと逆方向に移動する。このとき、円
形開口４０１の（図４における）上端部４０３に達した
自由電子は、それ以上移動せず上端部４０３にとどまる
ため、円形開口４０１の上端部４０３の自由電子密度が
増大する。逆に、円形開口４０１の下端部４０４は自由
電子密度が減少する。このため、円形開口４０１の上端
部４０３と下端部４０４の間に入射光電界と同じ向きの
電界が生じ、この一部が円形開口４０１の向こう側へ滲
み出し、近接場光となる。
【００１３】ここで、図４において円形開口４０１の中
心よりやや左側の上方に存在する自由電子は光の電界か
ら力を受け、円形開口４０１の左端部４０５に沿って左
下方向へ移動する。また、円形開口４０１の中心よりや
や右側の上方に存在する自由電子も円形開口４０１の右
端部４０６に沿って右下方向へ移動する。このため、円
形開口４０１の位置をとおる光の電界の電気力線に対し
て左右にずれた自由電子は、円形開口４０１の向こう側
に生じる近接場光には寄与しない。
心よりやや左側の上方に存在する自由電子は光の電界か
ら力を受け、円形開口４０１の左端部４０５に沿って左
下方向へ移動する。また、円形開口４０１の中心よりや
や右側の上方に存在する自由電子も円形開口４０１の右
端部４０６に沿って右下方向へ移動する。このため、円
形開口４０１の位置をとおる光の電界の電気力線に対し
て左右にずれた自由電子は、円形開口４０１の向こう側
に生じる近接場光には寄与しない。
【００１４】つぎに、上記した従来の近接場光プローブ
における円形開口の代わりに、周囲にスリット状の切れ
込みを有する開口が遮光膜に設けられている本発明の近
接場光プローブの原理について、図２、図７〜図９を用
いて説明する。図２において、周囲にスリット状の切れ
込みＡ〜Ｄ（２０９〜２１２）を有し、全体として略十
字形をなす十字形開口２０１を有し、金属からなる遮光
膜２０２に手前方向から光が入射するとする。このと
き、入射光の偏光方向が十字形開口２０１の十字の方向
に対して、４５°をなす方向であるとする。ある瞬間の
光の電界ベクトルの向きが図中に示した方向であると
き、金属表面の自由電子が光の電界から力を受け、電界
の向きと逆方向に移動する。このとき、十字形開口２０
１の（図２における）上端部の中心２０３に達した自由
電子は、それ以上移動せず上端部の中心２０３にとどま
る。
における円形開口の代わりに、周囲にスリット状の切れ
込みを有する開口が遮光膜に設けられている本発明の近
接場光プローブの原理について、図２、図７〜図９を用
いて説明する。図２において、周囲にスリット状の切れ
込みＡ〜Ｄ（２０９〜２１２）を有し、全体として略十
字形をなす十字形開口２０１を有し、金属からなる遮光
膜２０２に手前方向から光が入射するとする。このと
き、入射光の偏光方向が十字形開口２０１の十字の方向
に対して、４５°をなす方向であるとする。ある瞬間の
光の電界ベクトルの向きが図中に示した方向であると
き、金属表面の自由電子が光の電界から力を受け、電界
の向きと逆方向に移動する。このとき、十字形開口２０
１の（図２における）上端部の中心２０３に達した自由
電子は、それ以上移動せず上端部の中心２０３にとどま
る。
【００１５】図４で説明した円形開口では、中心から左
右にずれた位置にある自由電子が開口の右端部や左端部
を通って移動してしまうのに対し、十字形開口２０１で
は、スリット状の切れ込みが存在するため、自由電子が
開口の右端部や左端部を通って移動することがない。
右にずれた位置にある自由電子が開口の右端部や左端部
を通って移動してしまうのに対し、十字形開口２０１で
は、スリット状の切れ込みが存在するため、自由電子が
開口の右端部や左端部を通って移動することがない。
【００１６】また、図２において十字形開口２０１の中
心よりやや左側の上方に存在する自由電子は十字形開口
２０１の左上端部２０４に沿って右下方向へ移動し、上
端部の中心２０３へ集められる。また、十字形開口２０
１の中心よりやや右側の上方に存在する自由電子も十字
形開口２０１の右上端部２０５に沿って左下方向へ移動
し、上端部の中心２０３へ集められる。このため、十字
形開口２０１の上端部の中心２０３の自由電子密度の増
大の程度は円形開口の場合に比べてきわめて大きくな
る。
心よりやや左側の上方に存在する自由電子は十字形開口
２０１の左上端部２０４に沿って右下方向へ移動し、上
端部の中心２０３へ集められる。また、十字形開口２０
１の中心よりやや右側の上方に存在する自由電子も十字
形開口２０１の右上端部２０５に沿って左下方向へ移動
し、上端部の中心２０３へ集められる。このため、十字
形開口２０１の上端部の中心２０３の自由電子密度の増
大の程度は円形開口の場合に比べてきわめて大きくな
る。
【００１７】また、十字形開口２０１の左下端部２０
６、下端部の中心２０７、右下端部２０８の自由電子
は、光の電界から力を受け、それぞれ下方向に移動する
が、移動するにつれ、遮光膜２０２中の移動経路の断面
積が増大するため、互いのクーロン力によって自由電子
は左右方向に広がるように下方向に移動する。したがっ
て、十字形開口２０１の下端部の中心２０７の自由電子
密度の減少の程度は円形開口の場合に比べてきわめて大
きくなる。
６、下端部の中心２０７、右下端部２０８の自由電子
は、光の電界から力を受け、それぞれ下方向に移動する
が、移動するにつれ、遮光膜２０２中の移動経路の断面
積が増大するため、互いのクーロン力によって自由電子
は左右方向に広がるように下方向に移動する。したがっ
て、十字形開口２０１の下端部の中心２０７の自由電子
密度の減少の程度は円形開口の場合に比べてきわめて大
きくなる。
【００１８】このため、十字形開口２０１の上端部の中
心２０３と下端部の中心２０７の間に入射光電界と同じ
向きの電界が生じるが、この電界の強さは円形開口の場
合に比べ、きわめて大きくなる。この強い電界の一部が
十字形開口２０１の向こう側へ滲み出し、円形開口の場
合に比べ、きわめて強い近接場光を発生させる。十字形
開口において、偏光方向の開口の間隔が偏光方向と直交
する方向の開口の間隔に比べて小さい場合に近接場光が
さらに増大する原理について、図７を用いて説明する。
心２０３と下端部の中心２０７の間に入射光電界と同じ
向きの電界が生じるが、この電界の強さは円形開口の場
合に比べ、きわめて大きくなる。この強い電界の一部が
十字形開口２０１の向こう側へ滲み出し、円形開口の場
合に比べ、きわめて強い近接場光を発生させる。十字形
開口において、偏光方向の開口の間隔が偏光方向と直交
する方向の開口の間隔に比べて小さい場合に近接場光が
さらに増大する原理について、図７を用いて説明する。
【００１９】図７において、遮光膜７０１に設けた十字
形開口７０２では、スリット状の切れ込み７０３が開口
の中心に対して筋違いの十字形形状を構成している。こ
れにより、十字形開口７０２の上端部の中心７０４と下
端部の中心７０５の間隔が右端部の中心７０６と左端部
の中心７０７の間隔に比べ、小さくなっている。このた
め、十字形開口７０２の上端部の中心７０４と下端部の
中心７０５の間に生じる入射光電界と同じ向きの電界の
強さは、図２で説明した前記十字開口の場合に比べ、さ
らに大きくなるため、さらに強い近接場光が発生する。
形開口７０２では、スリット状の切れ込み７０３が開口
の中心に対して筋違いの十字形形状を構成している。こ
れにより、十字形開口７０２の上端部の中心７０４と下
端部の中心７０５の間隔が右端部の中心７０６と左端部
の中心７０７の間隔に比べ、小さくなっている。このた
め、十字形開口７０２の上端部の中心７０４と下端部の
中心７０５の間に生じる入射光電界と同じ向きの電界の
強さは、図２で説明した前記十字開口の場合に比べ、さ
らに大きくなるため、さらに強い近接場光が発生する。
【００２０】次に、図８を用いて、本発明の概念を実現
する他の開口の形状例について説明する。図８におい
て、周囲にスリット状の切れ込み（８０３）を有し、全
体として略Ｈ字形をなすＨ字形開口８０１を有し、金属
からなる遮光膜８０１に手前方向から光が入射するとす
る。このとき、入射光の偏光方向がＨ字形開口８０２の
Ｈ字に対して、略縦方向であるとする。ある瞬間の光の
電界ベクトルの向きが図中に示した方向であるとき、金
属表面の自由電子が光の電界から力を受け、電界の向き
と逆方向に移動する。このとき、Ｈ字形開口８０２の
（図８における）上端部の中心８０４に達した自由電子
は、それ以上移動せず上端部の中心８０４にとどまる。
逆に、下端部の中心８０５にあった自由電子は光の電界
から力を受け、電界の向きとは逆方向に移動し、下端部
の中心から離れる。この結果、Ｈ字形開口８０２の上端
部の中心８０４と下端部の中心８０５の間に入射光電界
と同じ向きの電界が生じ、この一部がＨ字形開口８０２
の向こう側へ滲み出し、近接場光となる。
する他の開口の形状例について説明する。図８におい
て、周囲にスリット状の切れ込み（８０３）を有し、全
体として略Ｈ字形をなすＨ字形開口８０１を有し、金属
からなる遮光膜８０１に手前方向から光が入射するとす
る。このとき、入射光の偏光方向がＨ字形開口８０２の
Ｈ字に対して、略縦方向であるとする。ある瞬間の光の
電界ベクトルの向きが図中に示した方向であるとき、金
属表面の自由電子が光の電界から力を受け、電界の向き
と逆方向に移動する。このとき、Ｈ字形開口８０２の
（図８における）上端部の中心８０４に達した自由電子
は、それ以上移動せず上端部の中心８０４にとどまる。
逆に、下端部の中心８０５にあった自由電子は光の電界
から力を受け、電界の向きとは逆方向に移動し、下端部
の中心から離れる。この結果、Ｈ字形開口８０２の上端
部の中心８０４と下端部の中心８０５の間に入射光電界
と同じ向きの電界が生じ、この一部がＨ字形開口８０２
の向こう側へ滲み出し、近接場光となる。
【００２１】図４で説明した円形開口では、中心から左
右にずれた位置にある自由電子が開口の右端部や左端部
を通って移動してしまうのに対し、Ｈ字形開口８０２で
は、スリット状の切れ込みが存在するため、自由電子が
開口の右端部や左端部を通って移動することがない。し
たがって、Ｈ字形開口８０２の上端部の中心８０４の自
由電子密度の増大の程度、及び下端部の中心８０５の自
由電子密度の減少の程度は、円形開口の場合に比べて大
きくなる。このため、円形開口に比べて、Ｈ字形開口で
発生する近接場光強度が増大する。
右にずれた位置にある自由電子が開口の右端部や左端部
を通って移動してしまうのに対し、Ｈ字形開口８０２で
は、スリット状の切れ込みが存在するため、自由電子が
開口の右端部や左端部を通って移動することがない。し
たがって、Ｈ字形開口８０２の上端部の中心８０４の自
由電子密度の増大の程度、及び下端部の中心８０５の自
由電子密度の減少の程度は、円形開口の場合に比べて大
きくなる。このため、円形開口に比べて、Ｈ字形開口で
発生する近接場光強度が増大する。
【００２２】Ｈ字形開口において、Ｈ字の端部のスリッ
トとスリットの間隔がすそ広がりとなっている場合に近
接場光がさらに増大する原理について、図９を用いて説
明する。図９において、遮光膜９０１に設けたＨ字形開
口９０２では、スリット状切れ込み９０３がＨ字形開口
９０２の中心から離れるにしたがい、すそ広がりとなっ
ている。
トとスリットの間隔がすそ広がりとなっている場合に近
接場光がさらに増大する原理について、図９を用いて説
明する。図９において、遮光膜９０１に設けたＨ字形開
口９０２では、スリット状切れ込み９０３がＨ字形開口
９０２の中心から離れるにしたがい、すそ広がりとなっ
ている。
【００２３】これにより、Ｈ字形開口９０２の中心より
やや左側の上方に存在する自由電子はＨ字形開口９０２
の左上端部９０６に沿って右下方向へ移動し、上端部９
０４へ集められる。また、Ｈ字形開口９０２の中心より
やや右側の上方に存在する自由電子もＨ字形開口９０２
の右上端部９０７に沿って左下方向へ移動し、上端部９
０４へ集められる。このため、Ｈ字形開口９０２の上端
部９０４の自由電子密度の増大の程度は図８のＨ字形開
口の場合に比べて大きくなる。
やや左側の上方に存在する自由電子はＨ字形開口９０２
の左上端部９０６に沿って右下方向へ移動し、上端部９
０４へ集められる。また、Ｈ字形開口９０２の中心より
やや右側の上方に存在する自由電子もＨ字形開口９０２
の右上端部９０７に沿って左下方向へ移動し、上端部９
０４へ集められる。このため、Ｈ字形開口９０２の上端
部９０４の自由電子密度の増大の程度は図８のＨ字形開
口の場合に比べて大きくなる。
【００２４】また、Ｈ字形開口９０２の左下端部９０
８、下端部９０５、右下端部９０９の自由電子は、光の
電界から力を受け、それぞれ下方向に移動するが、移動
するにつれ、遮光膜９０１中の移動経路の断面積が増大
するため、互いのクーロン力によって自由電子は左右方
向に広がるように下方向に移動する。したがって、Ｈ字
形開口９０２の下端部９０５の自由電子密度の減少の程
度は図８のＨ字形開口の場合に比べて大きくなる。
８、下端部９０５、右下端部９０９の自由電子は、光の
電界から力を受け、それぞれ下方向に移動するが、移動
するにつれ、遮光膜９０１中の移動経路の断面積が増大
するため、互いのクーロン力によって自由電子は左右方
向に広がるように下方向に移動する。したがって、Ｈ字
形開口９０２の下端部９０５の自由電子密度の減少の程
度は図８のＨ字形開口の場合に比べて大きくなる。
【００２５】このため、Ｈ字形開口９０２の上端部９０
４と下端部９０５の間に入射光電界と同じ向きの電界が
生じるが、この電界の強さは円形開口の場合に比べ、き
わめて大きくなる。この強い電界の一部がＨ字形開口９
０２の向こう側へ滲み出し、円形開口の場合に比べ、き
わめて強い近接場光を発生させる。
４と下端部９０５の間に入射光電界と同じ向きの電界が
生じるが、この電界の強さは円形開口の場合に比べ、き
わめて大きくなる。この強い電界の一部がＨ字形開口９
０２の向こう側へ滲み出し、円形開口の場合に比べ、き
わめて強い近接場光を発生させる。
【００２６】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］本発明の実施例１の近接場光プローブの構
成を図１に示す。図１（ａ）はプローブを上面から見た
図、図１（ｂ）は断面図である。図１において、化学エ
ッチングや加熱延伸を用いて先端曲率半径を１００ｎｍ
程度に尖鋭化した太さ２０μｍの石英光ファイバーを光
導波路１０１とし、周囲をＡｌやＡｕ，Ａｇ等の金属で
２００ｎｍの膜厚にコーティングし、これを遮光膜１０
２とする。
成を図１に示す。図１（ａ）はプローブを上面から見た
図、図１（ｂ）は断面図である。図１において、化学エ
ッチングや加熱延伸を用いて先端曲率半径を１００ｎｍ
程度に尖鋭化した太さ２０μｍの石英光ファイバーを光
導波路１０１とし、周囲をＡｌやＡｕ，Ａｇ等の金属で
２００ｎｍの膜厚にコーティングし、これを遮光膜１０
２とする。
【００２７】このプローブ先端の金属遮光膜１０２に対
し、集束Ｇａイオンビームを照射し、十字の一画の長さ
が５００ｎｍ、一画の幅が３０ｎｍの十字形開口１０３
を形成した。なお、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工法
以外に電子線（ＥＢ）加工法や走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ）の原理を用いた加工法で十字形開口形成を行
っても良い。この光導波路１０１に対し、開口とは反対
側の端面から十字形開口１０３の十字に対して略４５°
なす方向に偏光した波長５００ｎｍ、光パワー１ｍＷの
光を入射し、先端の十字形開口１０３から近接場光１０
４を発生させる。ここでは、入射光の偏光方向を図１中
のｙ方向とすると、光導波路１０１の内面で反射され、
ｙ方向に偏光した光が図１（ａ）における裏側から十字
形開口の１０３を照射する。
し、集束Ｇａイオンビームを照射し、十字の一画の長さ
が５００ｎｍ、一画の幅が３０ｎｍの十字形開口１０３
を形成した。なお、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工法
以外に電子線（ＥＢ）加工法や走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ）の原理を用いた加工法で十字形開口形成を行
っても良い。この光導波路１０１に対し、開口とは反対
側の端面から十字形開口１０３の十字に対して略４５°
なす方向に偏光した波長５００ｎｍ、光パワー１ｍＷの
光を入射し、先端の十字形開口１０３から近接場光１０
４を発生させる。ここでは、入射光の偏光方向を図１中
のｙ方向とすると、光導波路１０１の内面で反射され、
ｙ方向に偏光した光が図１（ａ）における裏側から十字
形開口の１０３を照射する。
【００２８】この近接場光１０４の広がりの程度は、横
方向（図中ｘｙ方向）は十字形開口１０３における中央
の十字の交差する部分の大きさと同じの３０ｎｍ程度、
縦方向（図中ｚ方向）は、光波長以下の１００ｎｍ程度
である。発生した近接場光１０４の強度は、近接場光プ
ローブが対向する試料との距離によって大きく変化する
ため、正確に評価することは難しいが、目安とするた
め、試料等を近づけないプローブ先端からの近接場光の
散乱光の強度を測定すると、１００ｎＷであった。これ
は、従来の同程度の大きさの円形開口を有する近接場光
プローブの１００倍以上であった。ここで、十字形開口
１０３の十字の一画の幅を小さくすると、近接場光１０
４の横方向の広がりも小さくなるため、光プローブの分
解能を向上させることができる。
方向（図中ｘｙ方向）は十字形開口１０３における中央
の十字の交差する部分の大きさと同じの３０ｎｍ程度、
縦方向（図中ｚ方向）は、光波長以下の１００ｎｍ程度
である。発生した近接場光１０４の強度は、近接場光プ
ローブが対向する試料との距離によって大きく変化する
ため、正確に評価することは難しいが、目安とするた
め、試料等を近づけないプローブ先端からの近接場光の
散乱光の強度を測定すると、１００ｎＷであった。これ
は、従来の同程度の大きさの円形開口を有する近接場光
プローブの１００倍以上であった。ここで、十字形開口
１０３の十字の一画の幅を小さくすると、近接場光１０
４の横方向の広がりも小さくなるため、光プローブの分
解能を向上させることができる。
【００２９】本実施例では、先端に十字形開口を有する
近接場光プローブの光導波路が曲げられたものを挙げた
が、これは、後に述べるように実際に顕微鏡や加工装
置、ストレージ装置に近接場光プローブを搭載して用い
る際のプローブと試料との間の距離制御に原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ）の原理を用いるためである。したがって、
曲がっていることは本質的ではなく、シアーフォース距
離制御方式を用いる場合のように真っ直ぐなものであっ
ても良い。
近接場光プローブの光導波路が曲げられたものを挙げた
が、これは、後に述べるように実際に顕微鏡や加工装
置、ストレージ装置に近接場光プローブを搭載して用い
る際のプローブと試料との間の距離制御に原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ）の原理を用いるためである。したがって、
曲がっていることは本質的ではなく、シアーフォース距
離制御方式を用いる場合のように真っ直ぐなものであっ
ても良い。
【００３０】［実施例２］本発明の実施例２において
は、上記実施例１の構成を有する近接場光プローブを用
いて、図５に示すシアーフォース距離制御型の近接場光
学顕微鏡を構成した。図５において、十字形開口を有す
る近接場光プローブ５０１を支持するプローブ支持基板
５０２をピエゾ素子５０３に取り付け、ファンクション
ジェネレータ５０４から正弦波信号を印加することによ
り図中ｘ方向に振動させる。このとき、正弦波信号の振
動数を近接場光プローブ５０１のｘ方向の撓みに関する
共振周波数に一致させると、近接場プローブ５０１先端
が共振する。この共振状態の近接場光プローブ５０１先
端近傍にｙ方向からレーザＢ５０５のレーザ光を照射
し、その透過光ビームスポットの位置変化を二分割セン
サ５０６で検出し、二分割センサ５０６の差信号が近接
場光プローブ５０１先端の振動量に対応した信号を出力
する。
は、上記実施例１の構成を有する近接場光プローブを用
いて、図５に示すシアーフォース距離制御型の近接場光
学顕微鏡を構成した。図５において、十字形開口を有す
る近接場光プローブ５０１を支持するプローブ支持基板
５０２をピエゾ素子５０３に取り付け、ファンクション
ジェネレータ５０４から正弦波信号を印加することによ
り図中ｘ方向に振動させる。このとき、正弦波信号の振
動数を近接場光プローブ５０１のｘ方向の撓みに関する
共振周波数に一致させると、近接場プローブ５０１先端
が共振する。この共振状態の近接場光プローブ５０１先
端近傍にｙ方向からレーザＢ５０５のレーザ光を照射
し、その透過光ビームスポットの位置変化を二分割セン
サ５０６で検出し、二分割センサ５０６の差信号が近接
場光プローブ５０１先端の振動量に対応した信号を出力
する。
【００３１】一方、近接場光プローブ５０１の先端にｘ
ｙｚステージ５０７上に搭載した試料５０８表面を１０
０ｎｍ以下の距離まで近づける。このとき、近接場光プ
ローブ５０１の先端と試料５０８表面との間にシアーフ
ォース（ファンデルワールス力）が作用し、近接場光プ
ローブ５０１先端の振動の振幅が減少する。この振動の
振幅を二分割センサ５０６の差信号とファンクションジ
ェネレータ５０４の参照信号をもとにロックインアンプ
５０９で検出し、これが一定となるように距離制御回路
５１０を用いてｘｙｚステージ５０７のｚ方向フィード
バック距離制御を行う。このとき、ｚ方向フィードバッ
ク距離制御信号は、同時に試料５０８表面の形状信号と
してコンピュータ５１７に入力される。
ｙｚステージ５０７上に搭載した試料５０８表面を１０
０ｎｍ以下の距離まで近づける。このとき、近接場光プ
ローブ５０１の先端と試料５０８表面との間にシアーフ
ォース（ファンデルワールス力）が作用し、近接場光プ
ローブ５０１先端の振動の振幅が減少する。この振動の
振幅を二分割センサ５０６の差信号とファンクションジ
ェネレータ５０４の参照信号をもとにロックインアンプ
５０９で検出し、これが一定となるように距離制御回路
５１０を用いてｘｙｚステージ５０７のｚ方向フィード
バック距離制御を行う。このとき、ｚ方向フィードバッ
ク距離制御信号は、同時に試料５０８表面の形状信号と
してコンピュータ５１７に入力される。
【００３２】さらに、近接場光プローブ５０１に接続し
た光ファイバ５１１にレーザＡ５１２からのレーザ光を
偏光板５１９を通したのち集光レンズＡ５１３で入射
し、近接場光プローブ５０１先端に設けられた微小開口
から近接場光を発生させる。この近接場光を試料５０８
表面で散乱させ、この散乱光５１４を集光レンズＢ５１
５で集光し、光電子増倍管５１６で検出する。光電子増
倍管５１６から出力される近接場光信号をコンピュータ
５１７に入力する。コンピュータ５１７からはｘｙｚス
テージ５０７のｘｙ方向走査信号が出力され、試料５０
８表面に対する近接場光プローブ５０１先端の位置に応
じて、近接場光信号及び形状信号の大きさをディスプレ
イ５１８上にマッピングすることにより、近接場光学顕
微鏡像及びシアーフォース（原子間力）顕微鏡像を同時
に得ることができる。
た光ファイバ５１１にレーザＡ５１２からのレーザ光を
偏光板５１９を通したのち集光レンズＡ５１３で入射
し、近接場光プローブ５０１先端に設けられた微小開口
から近接場光を発生させる。この近接場光を試料５０８
表面で散乱させ、この散乱光５１４を集光レンズＢ５１
５で集光し、光電子増倍管５１６で検出する。光電子増
倍管５１６から出力される近接場光信号をコンピュータ
５１７に入力する。コンピュータ５１７からはｘｙｚス
テージ５０７のｘｙ方向走査信号が出力され、試料５０
８表面に対する近接場光プローブ５０１先端の位置に応
じて、近接場光信号及び形状信号の大きさをディスプレ
イ５１８上にマッピングすることにより、近接場光学顕
微鏡像及びシアーフォース（原子間力）顕微鏡像を同時
に得ることができる。
【００３３】［実施例３］本発明の実施例３において
は、上記実施例１の構成を有する近接場光プローブを用
いて、図６に示すコンタクトＡＦＭ距離制御型の近接場
光プローブ走査加工装置を構成した。図６において、プ
ローブ支持基板６０２に取り付けた十字形開口を有する
近接場光プローブ６０１の先端近傍に背後からレーザＢ
６０３からレーザを照射し、その反射光ビームスポット
の位置変化を二分割センサ６０４で検出する。二分割セ
ンサ６０４の差信号は近接場光プローブ６０１先端のｚ
方向の撓み量に対応したＡＦＭ信号であり、これをコン
ピュータ６０８に入力する。一方、ｘｙｚステージ６０
５をｚ方向に駆動することにより、近接場光プローブ６
０１の先端をｘｙｚステージ６０５上に搭載した基板６
０７上のレジスト６０６表面に対し、１０Ｅ−７［Ｎ］
以下のファンデルワールス力が働く程度に接触させる。
この状態で、コンピュータ６０８からｘｙｚステージ駆
動信号を出力し、ｘｙｚステージ６０５をｘｙ方向に２
次元走査させる。
は、上記実施例１の構成を有する近接場光プローブを用
いて、図６に示すコンタクトＡＦＭ距離制御型の近接場
光プローブ走査加工装置を構成した。図６において、プ
ローブ支持基板６０２に取り付けた十字形開口を有する
近接場光プローブ６０１の先端近傍に背後からレーザＢ
６０３からレーザを照射し、その反射光ビームスポット
の位置変化を二分割センサ６０４で検出する。二分割セ
ンサ６０４の差信号は近接場光プローブ６０１先端のｚ
方向の撓み量に対応したＡＦＭ信号であり、これをコン
ピュータ６０８に入力する。一方、ｘｙｚステージ６０
５をｚ方向に駆動することにより、近接場光プローブ６
０１の先端をｘｙｚステージ６０５上に搭載した基板６
０７上のレジスト６０６表面に対し、１０Ｅ−７［Ｎ］
以下のファンデルワールス力が働く程度に接触させる。
この状態で、コンピュータ６０８からｘｙｚステージ駆
動信号を出力し、ｘｙｚステージ６０５をｘｙ方向に２
次元走査させる。
【００３４】コンピュータ６０８において、ｘｙｚステ
ージ６０５のｘｙ方向駆動信号に対し、ＡＦＭ信号の大
きさをマッピングすることにより、レジスト６０６の表
面形状を知ることができ、これを元にレジスト６０６、
すなわち基板６０７に対する近接場光プローブ６０１先
端の位置合わせを行う。さらに、近接場光プローブ６０
１に接続した光ファイバ６０９にレーザＡ６１０からの
レーザ光を偏光板６１３を通したのち集光レンズＡ６１
１で入射し、近接場光プローブ６０１先端に設けられた
微小開口から近接場光を発生させる。
ージ６０５のｘｙ方向駆動信号に対し、ＡＦＭ信号の大
きさをマッピングすることにより、レジスト６０６の表
面形状を知ることができ、これを元にレジスト６０６、
すなわち基板６０７に対する近接場光プローブ６０１先
端の位置合わせを行う。さらに、近接場光プローブ６０
１に接続した光ファイバ６０９にレーザＡ６１０からの
レーザ光を偏光板６１３を通したのち集光レンズＡ６１
１で入射し、近接場光プローブ６０１先端に設けられた
微小開口から近接場光を発生させる。
【００３５】レジスト６０６表面に対し、近接場光プロ
ーブ６０１先端を間に１０Ｅ−７［Ｎ］以下のファンデ
ルワールス力が働く程度に接触させたとき、両者の間隔
は１００ｎｍ以下になっており、レジスト６０６表面に
おける近接場光の強度は十分大きい。コンピュータ６０
８から出力されるｘｙｚステージ６０５のｘｙ駆動信号
及びＡＦＭ信号に基づき、レジスト６０６・基板６０７
に対し近接場光プローブ先端が所定の位置に位置合わせ
されたとき、コンピュータ６０８から出力されるレーザ
ー制御信号に基づき、レーザＡ６１０の光照射・非照射
の制御を行い、露光、すなわち、レジスト６０６に潜像
パターン６１２形成を行う。これ以後は通常の半導体プ
ロセスと同様である。
ーブ６０１先端を間に１０Ｅ−７［Ｎ］以下のファンデ
ルワールス力が働く程度に接触させたとき、両者の間隔
は１００ｎｍ以下になっており、レジスト６０６表面に
おける近接場光の強度は十分大きい。コンピュータ６０
８から出力されるｘｙｚステージ６０５のｘｙ駆動信号
及びＡＦＭ信号に基づき、レジスト６０６・基板６０７
に対し近接場光プローブ先端が所定の位置に位置合わせ
されたとき、コンピュータ６０８から出力されるレーザ
ー制御信号に基づき、レーザＡ６１０の光照射・非照射
の制御を行い、露光、すなわち、レジスト６０６に潜像
パターン６１２形成を行う。これ以後は通常の半導体プ
ロセスと同様である。
【００３６】本実施例では、先端に十字形開口を有する
近接場光プローブを近接場光学顕微鏡及び加工装置に応
用した例を示したが、この他に両者の構成を組み合わ
せ、記録媒体に対して記録ビットを加工した後に顕微鏡
観察、すなわち再生を行うストレージ装置へ応用するこ
とも可能である。
近接場光プローブを近接場光学顕微鏡及び加工装置に応
用した例を示したが、この他に両者の構成を組み合わ
せ、記録媒体に対して記録ビットを加工した後に顕微鏡
観察、すなわち再生を行うストレージ装置へ応用するこ
とも可能である。
【００３７】［実施例４］本発明の近接場光プローブの
他の構成を図１０に示す。図１０（ａ）はプローブの斜
視図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）は断面図であ
る。図１０において、カンチレバー１００１上に四角錐
形の探針１００２が設けられており、全体が遮光膜１０
０４で覆われている。四角錐の探針１００２の先端の稜
線に沿ってスリット状の切れ込みを有する十字形開口１
００３が形成されている。
他の構成を図１０に示す。図１０（ａ）はプローブの斜
視図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）は断面図であ
る。図１０において、カンチレバー１００１上に四角錐
形の探針１００２が設けられており、全体が遮光膜１０
０４で覆われている。四角錐の探針１００２の先端の稜
線に沿ってスリット状の切れ込みを有する十字形開口１
００３が形成されている。
【００３８】遮光膜１００４で覆われたカンチレバー１
００１の内部には光導波路１００５が形成されており、
先端の十字開口に対し、開口とは反対側の端面から十字
形開口１００３の十字に対して略４５°なす方向に偏光
した光を入射し、先端の十字形開口１００３から近接場
光１００６を発生させる。ここでは、入射光の偏光方向
を図１０中のｙ方向とすると、光導波路の端に形成され
たミラー１００７で反射され、ｙ方向に偏光した光が図
１０（ｂ）における裏側から十字形開口１００３を照射
する。
００１の内部には光導波路１００５が形成されており、
先端の十字開口に対し、開口とは反対側の端面から十字
形開口１００３の十字に対して略４５°なす方向に偏光
した光を入射し、先端の十字形開口１００３から近接場
光１００６を発生させる。ここでは、入射光の偏光方向
を図１０中のｙ方向とすると、光導波路の端に形成され
たミラー１００７で反射され、ｙ方向に偏光した光が図
１０（ｂ）における裏側から十字形開口１００３を照射
する。
【００３９】このような近接場光プローブは、特開平１
０−２９３１３４号公報、特開平１１−０６４３５０号
公報、特開平１１−０６６６５０号公報に詳細が記載さ
れているようなマイクロマシーニング技術を用いて作製
される。ここで、探針１００２の先端への開口形成法と
しては、実施例１で説明したようなＦＩＢ加工法、ＥＢ
加工法、ＳＰＭ加工法でも良い。また、特開平１０−２
９３１３４号公報、特開平１１−０６４３５０号公報、
特開平１１−０６６６５０号公報に詳細が記載されてい
るｚ方向からドライエッチングを行って開口を形成する
際のドライエッチング時間を長めに設定し、四角錐の稜
線をエッチンングすることにより四角錐の稜線に沿って
十字形を形成することもできる。
０−２９３１３４号公報、特開平１１−０６４３５０号
公報、特開平１１−０６６６５０号公報に詳細が記載さ
れているようなマイクロマシーニング技術を用いて作製
される。ここで、探針１００２の先端への開口形成法と
しては、実施例１で説明したようなＦＩＢ加工法、ＥＢ
加工法、ＳＰＭ加工法でも良い。また、特開平１０−２
９３１３４号公報、特開平１１−０６４３５０号公報、
特開平１１−０６６６５０号公報に詳細が記載されてい
るｚ方向からドライエッチングを行って開口を形成する
際のドライエッチング時間を長めに設定し、四角錐の稜
線をエッチンングすることにより四角錐の稜線に沿って
十字形を形成することもできる。
【００４０】さて、このようにして作製した近接場光プ
ローブは、第１の実施例の近接場光プローブと同様、実
施例２や実施例３に記載した近接場光学顕微鏡、近接場
光リソグラフィー装置、近接場ストレージ装置に用いる
ことができる。
ローブは、第１の実施例の近接場光プローブと同様、実
施例２や実施例３に記載した近接場光学顕微鏡、近接場
光リソグラフィー装置、近接場ストレージ装置に用いる
ことができる。
【００４１】［実施例５］本発明の近接場光プローブの
他の構成を図１１に示す。図１１（ａ）はプローブの側
面図、図１（ｂ）は真下から見た図である。図１１にお
いて、透明基板１００１の下面に設けられた平面状の遮
光膜１１０２に複数の十字形開口１１０３が形成されて
いる。透明基板１１０１の上面には偏光板１１０６が取
り付けられ、入射光１１０７を上面から入射させること
により、十字開口１１０３の十字に対して略４５°をな
す方向に偏光した光を照射する。これにより、複数の十
字開口１１０３の下面に近接場光１１０８を発生させ
る。
他の構成を図１１に示す。図１１（ａ）はプローブの側
面図、図１（ｂ）は真下から見た図である。図１１にお
いて、透明基板１００１の下面に設けられた平面状の遮
光膜１１０２に複数の十字形開口１１０３が形成されて
いる。透明基板１１０１の上面には偏光板１１０６が取
り付けられ、入射光１１０７を上面から入射させること
により、十字開口１１０３の十字に対して略４５°をな
す方向に偏光した光を照射する。これにより、複数の十
字開口１１０３の下面に近接場光１１０８を発生させ
る。
【００４２】このように複数の十字開口１１０３から近
接場光を発生させる近接場光プローブをサスペンション
アーム１１０４で支持し、記録媒体１１０５上を相対移
動させることにより、記録媒体１１０５上の所望の位置
に情報の記録再生を行う近接場光ストレージ装置として
構成することができる。なお、実施例１〜５では十字形
開口を例にして説明したが、図７の偏光方向の開口間隔
を小さくした十字形開口、図８、図９で説明したＨ字形
開口においても同様である。
接場光を発生させる近接場光プローブをサスペンション
アーム１１０４で支持し、記録媒体１１０５上を相対移
動させることにより、記録媒体１１０５上の所望の位置
に情報の記録再生を行う近接場光ストレージ装置として
構成することができる。なお、実施例１〜５では十字形
開口を例にして説明したが、図７の偏光方向の開口間隔
を小さくした十字形開口、図８、図９で説明したＨ字形
開口においても同様である。
【００４３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、分解能を上げるため開口サイズを小さくしても十分
な強度の近接場光を得ることができる近接場光プローブ
を実現することができる。したがって、このような近接
場光プローブを用いて近接場光学顕微鏡を構成すれば、
分解能を向上させた場合においても、検出信号のＳ／Ｎ
比を低下させることなく、顕微鏡観察を短時間で行うこ
とが可能となる。また、この光プローブを用いた加工装
置においても、超微細加工を行うために開口サイズを小
さくしても、透過光量が減少することなく、加工時間が
短時間となり、スループットを向上させることができ
る。同様に、この光プローブを用いた光ストレージ装置
においても、大容量化のために開口サイズを小さくして
も、高速な記録再生が可能となる。
ば、分解能を上げるため開口サイズを小さくしても十分
な強度の近接場光を得ることができる近接場光プローブ
を実現することができる。したがって、このような近接
場光プローブを用いて近接場光学顕微鏡を構成すれば、
分解能を向上させた場合においても、検出信号のＳ／Ｎ
比を低下させることなく、顕微鏡観察を短時間で行うこ
とが可能となる。また、この光プローブを用いた加工装
置においても、超微細加工を行うために開口サイズを小
さくしても、透過光量が減少することなく、加工時間が
短時間となり、スループットを向上させることができ
る。同様に、この光プローブを用いた光ストレージ装置
においても、大容量化のために開口サイズを小さくして
も、高速な記録再生が可能となる。
【図１】本発明の実施例１における近接場光プローブの
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】本発明における十字形開口が遮光膜に設けられ
ている近接場光プローブの近接場光発生原理を説明する
ための図である。
ている近接場光プローブの近接場光発生原理を説明する
ための図である。
【図３】従来から用いられている円形開口を有する近接
場光プローブの構成を示す図である。
場光プローブの構成を示す図である。
【図４】従来例である円形開口における近接場光発生原
理を説明するための図である。
理を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２における十字形開口を有する
近接場光プローブを用いた近接場光学顕微鏡の構成を示
す図である。
近接場光プローブを用いた近接場光学顕微鏡の構成を示
す図である。
【図６】本発明の実施例３における十字形開口を有する
近接場光プローブを用いた近接場光プローブ走査加工装
置の構成を示す図である。
近接場光プローブを用いた近接場光プローブ走査加工装
置の構成を示す図である。
【図７】本発明における偏光方向の開口の間隔を小さく
した十字形開口を有する近接場光プローブの近接場光発
生原理を説明するための図である。
した十字形開口を有する近接場光プローブの近接場光発
生原理を説明するための図である。
【図８】本発明におけるＨ字形開口を有する近接場光プ
ローブの近接場光発生原理を説明するための図である。
ローブの近接場光発生原理を説明するための図である。
【図９】本発明におけるすそ広がりのＨ字形開口を有す
る近接場光プローブの近接場光発生原理を説明するため
の図である。
る近接場光プローブの近接場光発生原理を説明するため
の図である。
【図１０】本発明の実施例４における近接場光プローブ
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５における近接場光プローブ
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
１０１：光導波路 １０２：遮光膜 １０３：十字形開口 １０４：近接場光 ２０１：十字形開口 ２０２：遮光膜 ２０３：上端部の中心 ２０４：左上端部 ２０５：右上端部 ２０６：左下端部 ２０７：下端部の中心 ２０８：右下端部 ２０９：スリット状の切れ込みＡ ２１０：スリット状の切れ込みＢ ２１１：スリット状の切れ込みＣ ２１２：スリット状の切れ込みＤ ３０１：光導波路 ３０２：遮光膜 ３０３：円形開口 ３０４：近接場光 ４０１：円形開口 ４０２：遮光膜 ４０３：上端部 ４０４：下端部 ４０５：左端部 ４０６：右端部 ５０１：十字形開口を有する近接場光プローブ ５０２：プローブ支持基板 ５０３：ピエゾ素子 ５０４：ファンクションジェネレータ ５０５：レーザＢ ５０６：ニ分割センサ ５０７：ｘｙｚステージ ５０８：試料 ５０９：ロックインアンプ ５１０：距離制御回路 ５１１：光ファイバ ５１２：レーザＡ ５１３：集光レンズ ５１４：散乱光 ５１５：集光レンズ ５１６：光電子増倍管 ５１７：コンピュータ ５１８：ディスプレイ ５１９：偏光板 ６０１：十字形開口を有する近接場光プローブ ６０２：プローブ支持基板 ６０３：レーザＢ ６０４：ニ分割センサ ６０５：ｘｙｚステージ ６０６：レジスト ６０７：基板 ６０８：コンピュータ ６０９：光ファイバ ６１０：レーザＡ ６１１：集光レンズ ６１２：潜像パターン ６１３：偏光板 ７０１：遮光膜 ７０２：十字形開口 ７０３：スリット状の切れ込み ７０４：上端部の中心 ７０５：下端部の中心 ７０６：右端部の中心 ７０７：左端部の中心 ８０１：遮光膜 ８０２：Ｈ字形開口 ８０３：スリット状の切れ込み ８０４：上端部の中心 ８０５：下端部の中心 ９０１：遮光膜 ９０２：Ｈ字形開口 ９０３：スリット状の切れ込み ９０４：上端部 ９０５：下端部 ９０６：左上端部 ９０７：右上端部 ９０８：左下端部 ９０９：右下端部 １００１：カンチレバー １００２：探針 １００３：十字形開口 １００４：遮光膜 １００５：光導波路 １００６：近接場光 １００７：ミラー １１０１：透明基板 １１０２：遮光膜 １１０３：十字開口 １１０４：サスペンションアーム １１０５：記録媒体 １１０６：偏光板 １１０７：入射光 １１０８：近接場光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 貴子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山田 朋宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5D119 AA22 BA01 BB02 DA01 EB02 JA34 JA35
Claims (13)
- 【請求項１】周囲にスリット状の切れ込みを有する開口
が遮光膜に設けられた構成を有し、該遮光膜の一方の側
から該開口のスリット状の切れ込みに対して光源からの
光を所定方向に偏光させて入射させ、該開口部分から近
接場光を発生させることを特徴とする近接場光プロー
ブ。 - 【請求項２】前記周囲にスリット状の切れ込みを有する
開口が全体として略十字形をなしており、前記所定方向
に偏光させた光が、該十字に対して略４５°なす方向に
偏光させた光であることを特徴とする請求項１に記載の
近接場光プローブ。 - 【請求項３】前記偏光方向における前記開口の間隔が該
偏光方向と直交する方向の開口の間隔に比べて小さいこ
とを特徴とする請求項２に記載の近接場光プローブ。 - 【請求項４】前記周囲にスリット状の切れ込みを有する
開口が全体として略Ｈ字形をなしており、前記所定方向
に偏光させた光が、該Ｈ字に対して略縦方向に偏光させ
た光であることを特徴とする請求項１に記載の近接場光
プローブ。 - 【請求項５】前記Ｈ字の端部のスリットとスリットの間
隔がすそ広がりとなっていることを特徴とする請求項４
に記載の近接場光プローブ。 - 【請求項６】前記周囲にスリット状の切れ込みを有する
開口が、前記遮光膜で覆われた光導波路の尖鋭化された
先端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１項に記載の近接場光プローブ。 - 【請求項７】前記遮光膜で覆われた光導波路の尖鋭化さ
れた先端部が四角錐形状であり、前記スリット状の切れ
込みの位置が該四角錐の稜線に略一致していることを特
徴とする請求項６に記載の近接場光プローブ。 - 【請求項８】前記遮光膜が平面状であり、前記周囲にス
リット状の切れ込みを有する開口が該遮光膜平面上に設
けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項に記載の近接場光プローブ。 - 【請求項９】前記遮光膜平面上に前記開口が少なくとも
２つ以上設けられていることを特徴とする請求項８に記
載の近接場光プローブ。 - 【請求項１０】前記周囲にスリット状の切れ込みを有す
る開口を備えたプローブが、弾性体上に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の
近接場光プローブ。 - 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡。 - 【請求項１２】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
近接場光プローブを有する近接場光リソグラフィー装
置。 - 【請求項１３】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
近接場光プローブを有する近接場光ストレージ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001098322A JP2002296169A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 近接場光プローブ、及び該近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ装置 |
| US10/107,447 US6785445B2 (en) | 2001-03-30 | 2002-03-28 | Near field light probe, near field optical microscope, near field light lithography apparatus, and near field light storage apparatus that have the near field light probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001098322A JP2002296169A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 近接場光プローブ、及び該近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002296169A true JP2002296169A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18951978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001098322A Pending JP2002296169A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 近接場光プローブ、及び該近接場光プローブを有する近接場光学顕微鏡、近接場光リソグラフィー装置、近接場光ストレージ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6785445B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002296169A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139466A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Tokyo Institute Of Technology | 近接場光顕微鏡、近接場光イメージング方法、近接場光イメージング装置、近接場光イメージング法をコンピュータに実行させるプログラム、記録媒体および高密度記録情報メディア読み取り装置 |
| JP2009276337A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-26 | Toyota Motor Corp | 近接場光プローブ |
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| US6785445B2 (en) | 2004-08-31 |
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