JP2003149120A - 近接場光を利用した装置用プローブヘッドとその利用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の光導波路のプローブおよびＳＩＬの近
接場光発生機能に加えて、同一プローブ基板上または同
一ＳＩＬのレンズ上に、距離制御機能の付与と傾き検知
機能を付与することにより、一つのプローブおよび一つ
のＳＩＬで、近接場光の発生、距離および傾き制御が可
能する近接場光を利用した装置用プローブヘッドと、そ
のプローブヘッドを用いた光微細加工装置及び計測・診
断装置を提供する。 【解決手段】 基板１の側面中央に光微細加工用光導波
路１ａを設け、その両側に距離計測用光導波路１ｂと１
ｃをそれぞれ配置すると共に、光導波路１ｃ，１ｃの光
出射口部を除く基板１の下面に金属膜８を蒸着させ、そ
の金属膜８の光導波路１ａの光出射口と対応する位置に
微細開口孔９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光を利用し
た装置用プローブヘッドと、そのプローブヘッドを用い
た近接場光を利用した装置、詳しくは、光微細加工装置
や計測・診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ナノテクノロジーを用いた微細加工や計
測・診断が近年注目を浴び、その研究・開発は活発に行
われている。このナノテクノロジーの中でも近接場光を
用いる技術は、その中核となる技術であり、ナノメータ
−オーダーのリソグラフィー、描画や成膜、さらに三次
元的な加工などの微細加工や、生物試料の観察などの計
測・診断への応用が期待されている。

【０００３】よく知られているように、近接場光を発生
させるためには、大別して、以下のような３タイプのプ
ローブが使用されている。即ち、原子間力顕微鏡のプロ
ーブであるカンチレバーを応用したプローブ、ファイバ
コアの先端を先鋭化したファイバプローブおよび、走査
型トンネル顕微鏡のプローブを利用した金属プローブで
ある。例えば、金属プローブを用いた近接場光によるレ
ジスト・パターン加工に関し、特許出願されている（特
願２００１−１９１７８０号）。

【０００４】このうち、カンチレバーを応用したプロー
ブにおいて、光導波路を形成したプローブがあることが
知らされいる（オプトロニクス社、２０００年発行、大
津、河田編：近接場ナノフォトニクス入門）。またこの
光導波路形成プローブとして、走査型近接場原子間力顕
微鏡への応用（特開２０００−４６７１７号）や、光ピ
ックアップへの応用（特開２０００−２１５４９４号）
がある。

【０００５】一方上記のような近接場光発生の方法とは
異なる方法、即ち、ソリッドイマージョンレンズ（以
下、ＳＩＬという）を用いた対物レンズが知られてお
り、このレンズの実効開口数（以下、ＮＡという）が１
以上の領域に入る光はエバネッセント波となり、上記し
た方法で発生する近接場光と同様の近接場光が発生す
る。

【０００６】これはファー・フィールド・オプティクス
の延長から発展したものであり、このＳＩＬを用いると
入射波長以下の微小スポットを得ることができ、光情報
記憶装置への応用を目指して開発が進められている
（S．Ｉｍａｎｉｓｈｉ et al．，J．Ａppｌ．Phyｓ．
３９（２０００）ｐｐ．８００−８０５）。

【０００７】ところで近接場光を用いて微細加工を行う
には、近接場光は、上記のようなプローブの先端近傍
や、ＳＩＬではレンズ出射面の近傍に局在化して存在す
るので、プローブの先端やレンズの出射面と試料との間
の距離を精密に制御する必要がある。

【０００８】例えば、波長以下の微小開口を用いて近接
場光を発生させる導波路形成プローブやファイバプロー
ブでは、開口部から近接場光の滲み出し長は開口径程度
であるため、距離制御には０ｎｍ〜１０ｎｍ程度の精度
が必要となる。ＳＩＬによる距離制御も同様である。

【０００９】これら距離制御を達成する方法として、従
来より、プローブによる近接場光では、走査型顕微鏡に
用いられているせん断応力制御法や、原子間力顕微鏡の
制御法が利用され（大津、河田編：近接場ナノフォトニ
クス入門（オプトロニクス社、２０００年））、ＳＩＬ
ではレンズを試料との間の静電容量値を制御する方法
（市村等：光学、２９（２０００）ｐｐ．６７２−６７
７．）などが用いられていた。

【００１０】しかしながらこれら制御方法では、例えば
プローブによる近接場光発生の場合、プローブ先端位置
を検出するために、プローブの変位を光学的や電気的に
検出しており、この検出において、プローブに外部か
ら、例えばピエゾ素子などを用いて、強制的に振動を加
える、という手段を採用しており（代表的な原子間力顕
微鏡制御（ＡＦＭ）法の例として（大津、河田編：近接
場ナノフォトニクス入門（オプトロニクス社、２０００
年）参照）プローブにストレスを与えると同時に、プロ
ーブの振動に伴う加工精度の劣化が発生する、という問
題点がある。

【００１１】また光学的なプローブ変位の検出では、光
てこの原理による検出方法が、電気的な変位検出には、
圧電検出が用いられており、相方とも複雑な構造である
ばかりでなく、プローブと制御部の大型化につながって
いる。

【００１２】さらに近接場光発生プローブと制御部は同
じ製造プロセスで製作困難のため、製作工程が複雑であ
るとともに、コストアップにつながっている、という問
題点を有している。

【００１３】一方、ＳＩＬを用いる近接場光では、プロ
ーブ先端部の電極による静電容量ギャップ制御にレンズ
ホルダの外側に設けられた、電磁アクチュエータを用い
て、距離制御が行われており、ヘッド部の小型・軽量化
が図れない、という問題点を有している。

【００１４】また、プローブおよびＳＩＬの制御におい
て、近接場光が常に試料面に垂直に照射されるような制
御機能、すなわち傾き検知機能を有しておらず、照射方
向の傾きが伴う精度のばらつきが生じるという、加工・
計測上の問題点も有している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、従
来の導波路のプローブおよびＳＩＬの近接場光発生機能
に加えて、同一プローブ基板上または同一ＳＩＬのレン
ズ上に、距離制御機能の付与と傾き検知機能を付与する
ことにより、一つのプローブおよび一つのＳＩＬで、近
接場光の発生、距離および傾き制御が可能する近接場光
を利用した装置用プローブヘッドと、そのプローブヘッ
ドを用いた光微細加工装置及び計測・診断装置を提供す
ることを課題とする。

【００１６】

【発明が解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、第１の発明は、支持体とな
る基板と、その基板上に近接場光発生用コアとクラッド
からなる光導波路と、少なくとも１つのコアとクラッド
からなる距離制御用光導波路とを設けた近接場光を利用
した装置用プローブヘッドである。

【００１７】第２の発明は、支持体となる基板上に設け
た近接場発生用光導波路の周囲に少なくとも２つの傾き
制御用光導波路を設けた第１の発明に記載の近接場光を
利用した装置用プローブヘッドである。

【００１８】傾き制御用光導波路は、左右の傾きのみを
制御する時は、近接場光発生用光導波路を挟んで両側に
設け、平面性制御の場合は３つ以上を同じ距離において
設ける。

【００１９】第３の発明は、基板の近接場光が発生する
面に、近接場光発生用光導波路の先端中央部に形成され
た微小開口部を設けた金属膜を設け、距離制御用光導波
路は入射光用と反射光用の光導波路を備えると共に入射
光が先端部で全反射することにより前記金属膜に表面プ
ラズモン共鳴を励起し、かつ前記金属膜と試料との間の
距離に対応して変化する反射光量を反射光用光導波路で
検出する第１又は第２の発明に記載の近接場光を利用し
た装置用プローブヘッドである。

【００２０】第４の発明は、近接場光発生用光導波路の
先端部のみに光導波路の中央部に微小開口を設けた金属
膜を設け、かつ入射光用と反射光用の光導波路を備える
と共に入射光が先端部で全反射することによりエバネッ
セント波を発生させる距離制御用光導波路を設けた第１
又は第２の発明に記載の近接場光を利用した装置用プロ
ーブヘッドである。

【００２１】第５の発明は、非球面レンズとソリッドイ
マージョンレンズ（ＳＩＬ）を組合せた近接場光発生プ
ローブヘッドにおいて、近接場光が発生するＳＩＬの底
面に金属膜を設け、近接場光が発生する微小部分のみ金
属膜が施されていない微小開口部を設けることにより近
接場光を発生させ、かつ近接場光発生用光源又は近接場
光発生用光源と異なる少なくとも１つの光源からの光を
用いて、微小開口部の外側の金属膜に入射光を全反射さ
せ、表面プラズモン共鳴を励起させる近接場光を利用し
た装置用プローブヘッドである。

【００２２】第６の発明は、非球面レンズとソリッドイ
マージョンレンズ（ＳＩＬ）を組合せた近接場光発生プ
ローブヘッドにおいて、近接場光発生用光源又は近接場
光発生用の光源とは異なる少なくとも１つの光源からの
光を用いて、ＳＩＬ底面に入射光を全反射させ、エバネ
ッセント波を発生させる近接場光を利用した装置用プロ
ーブヘッドである。

【００２３】第７の発明は、光学レンズの底面に中心部
に微小開口部を設けた金属膜を設けることにより近接場
光を発生させ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発
生用光源と異なる少なくとも１つの光源からの光を用い
て、微小開口部の外側の金属膜に入射光を全反射させ、
表面プラズモン共鳴を励起させる近接場光を利用した装
置用プローブヘッドである。

【００２４】第８の発明は、光学レンズの底面に中心部
に微小開口部を設けた金属膜を設けることにより近接場
光を発生させ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発
生用光源と異なる少なくとも１つの光源からの光を用い
て、光学レンズの底面に入射光を全反射させ、エバネッ
セント波を発生させる近接場光を利用した装置用プロー
ブヘッドである。

【００２５】第９の発明は、プリズムの底面に中心部に
微小開口部を設けた金属膜を設けることにより近接場光
を発生させ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発生
用光源と異なる少なくとも１つの光源からの光を用い
て、微小開口部の外側の金属膜に入射光を全反射させ、
表面プラズモン共鳴を励起させる近接場光を利用した装
置用プローブヘッドである。

【００２６】第１０の発明は、プリズムの底面に中心部
に微小開口部を設けた金属膜を設けることにより近接場
光を発生させ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発
生用光源と異なる少なくとも１つの光源からの光を用い
て、光学レンズの底面に入射光を全反射させ、エバネッ
セント波を発生させる近接場光を利用した装置用プロー
ブヘッドである。

【００２７】第１１の発明は、プローブヘッドを保持す
るホルダに少なくとも１つのコアとクラッドからなる距
離制御用光導波路とを設けた第５〜第１０の発明に記載
の近接場光を利用した装置用プローブヘッドである。

【００２８】第１２の発明は、微細加工用及び距離計測
用の光源と、反射光量検出器と、第１〜第１１の発明の
いずれかのプローブヘッドと、そのプローブヘッドと試
料間を制御する制御装置を具備した光微細加工装置であ
る。

【００２９】第１３の発明は、計測・診断用及び距離計
測用の光源と、反射光量検出器と、第１〜第１１の発明
のいずれかのプローブヘッドと、そのプローブヘッドと
試料間を制御する制御装置を具備した計測・診断装置で
ある。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明では、これを実施するため
に、まず光導波路形成プローブヘッドにおいては、同一
基板上に作製された近接場光発生用光導波路と距離制御
用光導波路および、傾き検知用光導波路が用いられ、こ
のうち距離制御方法として近接場光発生のために設けら
れた微小開口作成のために使用される金属膜を利用し、
この金属膜に表面プラズモン波が励起できるよう距離制
御用光導波路を配置する。

【００３１】この導波路中にｐ−偏光波を伝搬させる
と、まず金属膜と試料との間の距離が十分離れている場
合、金属膜の誘電率と金属膜と試料間の媒体の誘電率か
らなる分散関係を満たす表面プラズモン波が金属膜中に
励起され、金属膜外側の媒体中に伝搬することなく数１
００ｎｍの範囲で滲み出して行く。ここに試料が近づく
と、金属膜、金属膜と試料間の媒体および、試料の３層
構造を満たす分散関係により、試料中へも滲み出しが起
こるようになる。この滲み出しに伴う金属膜からの反射
光量変化を距離制御用光導波路を用いて測定することに
より、０ｎｍ〜１０ｎｍ程度の精度で距離制御が可能と
なる。

【００３２】ここで上述の金属膜を除去すると、よく知
られたエバネッセント波を発生させる導路構造を作製す
ることができる。この場合は、試料が数１００ｎｍのエ
バネッセント波滲み出し範囲内に入ってくると、全反射
から試料の距離に応じた反射光量に減少して行く。これ
により、表面プラズモン波利用と同程度の０ｎｍ〜１０
ｎｍ程度の精度で距離制御が可能となる。

【００３３】次に傾き制御として、上記表面プラズモン
波やエバネッセント波を発生させる光導波路を少なくと
も２つ以上、同一基板上に設けることにより、それら反
射光量を同一値になるよう制御することで近接場光発生
面と試料とを常に平行に保つことが可能となる。これに
代えて、少なくとも２本の光導波路または、基板上に設
置された少なくとも２本の光ファイバを用い、導波路や
ファイバから出射された光の試料からの反射光量値を一
定になるように設定すると、左右の傾き検知が可能とな
る。

【００３４】さらに、これら２本の導波路または、２本
の光ファイバの反射量変化により、近接場光発生面と試
料面との間の粗調距離制御も、傾き検知と同時に行なえ
ることになり、三次元の微細加工も可能となる。

【００３５】この様にして、従来の光導波路形成プロー
ブとは異なった、まったく新規なプローブを作製でき、
近接場光による光微細加工装置や計測・診断装置とな
る。

【００３６】他方ＳＩＬを用いた距離制御法、傾き検知
および粗調制御法も、上述した光導波路形形成プローブ
と略同様に達成できる。

【００３７】またＳＩＬという特殊レンズを用いる代わ
りに、金属膜が施された底面を有する通常の光学レンズ
を用い、底面の中心部に微小開口を設けることで容易に
近接場光を発生できるので、このレンズを用いることに
よりコストの低減、量産性を向上することが容易とな
る。

【００３８】これらにより、上述した目的を達成する近
接場光を利用した装置、すなわち光微細加工装置や計測
・診断装置を実現できることになる。

【００３９】

【実施例】図１は、本発明を適用した光微細加工装置の
実施例の概略図で、１はプローブヘッド、２は４０５ｎ
ｍの加工用青色レーザと７８０ｎｍの距離測定用赤色レ
ーザを出射する光源、３は検出器、４はビームスプリッ
タ、５はＸ−Ｙ−Ｚステージ、６は試料、７は光源２と
検出器３及びＸ−Ｙ−Ｚステージ５を制御する制御装置
である。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ２，Ｌ２’，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ
３は光ファイバのケーブルである。

【００４０】プローブヘッド１はケーブルＬ１より導光
された光源２からの４０５ｎｍの青色レーザ光を用いて
試料６を加工すると共に、試料６からの７８０ｎｍの赤
色レーザの反射光をケーブルＬ２’，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ
３により検出器３に導光することで、その反射光量の変
化からプローブヘッド１と試料６の距離を検出し、その
検出結果を用いて制御装置７は試料６が載っているＸ−
Ｙ−Ｚステージ５を上下左右に動かし、加工及び距離制
御を行う。

【００４１】図２は本発明にかかるプローブヘッドの一
実施例の断面図で、１はコアとクラッドからなる板状プ
ローブヘッド本体、１ａ，１ｂ，１ｃはそれぞれコアか
らなる光導波路で光導波路１ａを中心にして両側に光導
波路１ｂ、１ｃが配置されている。８は光導波路１ｃ、
１ｃの光出射口部を除くプローブヘッド本体１の下面に
蒸着させた金属膜、９は光導波路１ａの先端中央に設け
られた加工用青色レーザの波長以下、ここでは１００ｎ
ｍ以下の微小開口孔である。

【００４２】プローブヘッド本体１を構成する材料とし
ては、誘電体、非晶質、半導体等からなる基板を用い、
公知の方法で、その側面に各光導波路を形成する。

【００４３】光導波路１ａではプローブヘッド先端部に
設けられた金属膜８の微小開口孔９により近接場光が発
生する。光導波路１ｂは金属膜８に対して表面プラズモ
ン波を励起するように光導波路の一方から入射した光が
全反射し、その反射光が他方の光導波路に伝搬するよう
に全反射角をもったＶ字状に設けられている。光導波路
１ｂの一方から伝搬された反射光はＬ２’により検出器
３へと送られ、この反射光量の変化を検出器３によって
検出することによってプローブヘッド１の下面と試料６
間の距離をｎｍ単位で計測を行うことができる。光導波
路１ｃは通常の光ファイバーセンサーと同様に試料から
の反射光量の変化や、光導波路出射端からの反射光と試
料からの反射光との干渉による反射干渉光量の変化等に
より距離計測用として使用する。図２では光導波路１
ｂ、１ｃはそれぞれ２つ設けてあるので、それぞれから
検出した計測結果によりそれぞれの試料６までの距離を
一定にすることにより傾き制御を行うためのもので、光
導波路１ｃ、１ｃは粗制御用、光導波路１ｂ、１ｂは超
微小制御用である。尚、より精度を高めるためには、距
離計測用の光導波路１ｂ、１ｃを複数設ければよい。

【００４４】図３は本発明にかかるプローブヘッドの他
の一実施例を示す断面図で、図２に示した実施例に対し
て光導波路１ａの先端部のみ金属膜８’を設けたもので
ある。従って光導波路１ｂの先端部には全反射によりエ
バネッセント波が発生し、反射光の光量変化を検出器３
で検出することにより距離計測をすることができる。

【００４５】図４は、平面制御機能を付与したプローブ
ヘッドの実施例の分解斜視図を示すもので、主プローブ
ヘッドＭ１には光導波路１ａ，１ｂ，１ｃを設け、副プ
ローブヘッドＭ２，Ｍ３にはそれぞれ光導波路１ｂ、１
ｃを設けて合体させたものである。

【００４６】この構成によると３点でプローブヘッドと
試料間の距離制御を行うことができるので、平面制御プ
ローブヘッドが実現できる。

【００４７】図５は、ＳＩＬ１０と非球面レンズ１１を
用いた本発明にかかるプローブヘッドの実施例を示す断
面図で、１０１はプローブヘッド本体、１２は中心部に
微小開口孔１３を設けたＳＩＬ１０底面に蒸着させた金
属膜、１４は光ファイバである。

【００４８】このプローブヘッド１０１では、非球面レ
ンズ１１上から入射する青色レーザ光のＮＡ＞１の領域
にある光ＡはＳＩＬ１０底面上でエバネッセント波を発
生させる。また青色レーザとは異なる角度から、別の光
源、例えば赤色レーザＢ１をＳＩＬ底面の金属膜１２に
全反射が起こる角度で入射させると金属膜１２に表面プ
ラズモン波が励起され、その全反射した反射光Ｂ２の光
量の変化を検出することにより試料６までの距離を計測
をすることができる。１４は、前記１ｃと同様粗距離制
御用として用いる。

【００４９】図６は、図５のＳＩＬ１０のみを表した概
略斜視図で、ＳＩＬ底面の金属膜１２部分に異なる角度
から複数の表面プラズモン波を励起させる構造とするこ
とによりそれぞれの全反射点での距離計測を行うことで
プローブ本体の傾き制御による水平保持制御をすること
ができる。

【００５０】図７は、ＳＩＬ１０底面に金属膜がない場
合の実施例を示した断面図で、図４の実施例と同様に赤
色レーザＢ１をＳＩＬ１０底面で全反射させるとＳＩＬ
１０底面にエバネッセント波が生じ、この反射光Ｂ２の
光量の変化を計測することにより距離計測を行うことが
できる。

【００５１】また、図６と同様に異なる角度の光源によ
るＳＩＬ底面に複数のエバネッセント波を発生させて傾
き制御できることは勿論である。

【００５２】図８と図９は、ＳＩＬを用いた他の実施例
を示した断面図で、１０２はコアとクラッドからなるプ
ローブヘッド本体、１５ａ，１５ｂは入射用と反射用の
光導波路で、非球面レンズ１１を通さず、直接ＳＩＬ１
０底面へ光導波路１５ａから入射光Ｂ１を全反射させ、
全反射した反射光Ｂ２を光導波路１５ｂで受光し、反射
光量の変化を計測して距離計測を行う。従って図８は金
属膜による表面プラズモン波、図９はエバネッセント波
を用いた距離計測機能を備えたものである。

【００５３】また、１５ａ，１５ｂと同様な光導波路を
複数設けることにより、異なる角度から表面プラズモン
波又はエバネッセント波を発生させることにより傾き制
御をすることができる。

【００５４】図１０、図１１はＳＩＬに代えて半球レン
ズ１６を用いた実施例の断面図で、１７，１７’は半球
レンズ１６底面に蒸着させた金属膜、１８は金属膜１
７，１７’の中央部に設けた微小開口孔である。レンズ
１１’は非球面でもどちらでも良く、このレンズの役割
としては、近接場光発生用光源からの光Ａ’を微小開口
孔１７，１７’上に集光させ、効率よく近接場光を発生
させるためのものである。従ってレンズ１１’を設けな
くても機能的には問題がない。また半球レンズ１６を平
凸レンズとしてもよいことは勿論である。

【００５５】図１２，図１３は、ＳＩＬに代えてプリズ
ム１９を用いた実施例の断面図で、１０４はコアとクラ
ッドからなるプローブヘッド本体、２０，２０’はプリ
ズム１９底面に蒸着させた金属膜、２１は金属膜２０，
２０’の中央部に設けた微小開口孔，２３ａ，２３ｂは
入射用と反射用の光導波路で、レンズ２２を通さず、直
接プリズム１９底面へ光導波路２３ａから入射光Ｂ１を
全反射させ、全反射した反射光Ｂ２を光導波路２３ｂで
受光し、反射光量の変化を計測して距離計測を行う。従
って図１２は金属膜による表面プラズモン波、図１３は
エバネッセント波を用いた距離計測機能を備えたもので
ある。２４は粗制御用の光導波路である。２５は反射面
で入射光Ｂ１，反射光Ｂ２を垂直に反射することができ
る。

【００５６】図１４は、非球面レンズ部２２’とプリズ
ム部１９’が一体となったレンズプリズム２６を使用し
た実施例の断面図で、前記レンズ２２とプリズム１９か
らなる光学系と同様の作用効果を持ち、図１２の実施例
よりレンズとプリズムの一体化により構造の簡素化が実
現できると共に製作コストを下げることができる。

【００５７】これら実施例においても前記のＳＩＬを用
いた実施例と同様に微細加工用の光源とは別の光源によ
り半球レンズ底面に表面プラズモン波又はエバネッセン
ト波を発生させることにより距離制御及び傾き制御を行
うことができる。

【００５８】図１５〜図１７は、本発明を適用した計測
・診断装置の実施例の概略図で、図１５はプローブヘッ
ド１、例えば図２に示すプローブヘッドを使用した場合
では、ケーブル１より導光された光源２からの光が光導
波路１ａを通って試料６に近接場光を照射し、その反射
光を光導波路１ａで集光してハーフミラー４により計測
・観察装置２７へ導光し、計測・診断を行うものであ
る。

【００５９】図１６は、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ５の一部に
グラスプレート部２８を設け、ケーブルＬ１’により導
光された光源２の光を試料６直下で全反射させて近接場
光を励起させ、プローブヘッド１の光導波路１ａにより
試料６表面に発生した近接場光を集光し、ケーブルＬ１
により計測・観察装置２７’へ導光して計測・診断を行
うものである。

【００６０】図１７は、ケーブルＬ１より導光され、光
導波路１ａで発生させた近接場光を試料６に照射し、試
料６を透過した光を集光し、その光をケーブルＬ１”で
計測・観察装置２７”へ導光して計測・診断するもので
ある。

【００６１】なお、プローブヘッドを図３〜図１４に示
すプローブヘッドとしても同様に近接場光による計測・
診断をすることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の光導波路のプローブおよびＳＩＬの近接場光発生
機能に加えて、同一プローブ基板上および同一ＳＩＬの
レンズ上に、距離制御機能の付与と傾き検知機能を付与
することにより、一つのプローブおよび一つのＳＩＬ
で、近接場光の発生、距離および傾き制御が可能とな
り、 （１）加工・計測精度の向上 （２）ヘッド部の小型・軽量化 （３）構造の簡素化 （４）コストの低減 （５）量産性に優れている （６）三次元の微細加工ができる 等の効果が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプローブヘッドを用いた微細加工
装置の概略図。

【図２】本発明によるプローブヘッドの一実施態様の断
面図。

【図３】本発明によるプローブヘッドの異なる実施態様
の断面図。

【図４】本発明による３点距離制御用のプローブヘッド
の分解斜視図。

【図５】本発明によるプローブヘッドの異なる実施態様
の断面図。

【図６】本発明によるプローブヘッドのＳＩＬのみを表
した概略斜視図。

【図７】本発明によるプローブヘッドの他の実施態様の
断面図。

【図８】本発明によるプローブヘッドの他の一実施態様
の断面図。

【図９】本発明によるプローブヘッドの他の一実施態様
の断面図。

【図１０】本発明によるプローブヘッドの他の一実施態
様の断面図。

【図１１】本発明によるプローブヘッドの他の一実施態
様の断面図。

【図１２】本発明によるプローブヘッドの他の一実施態
様の断面図。

【図１３】本発明によるプローブヘッドの他の一実施態
様の断面図。

【図１４】本発明によるプローブヘッドの他の一実施態
様の断面図。

【図１５】本発明によるプローブヘッドを用いた計測・
診断装置の概略図。

【図１６】本発明によるプローブヘッドを用いた異なる
実施形態の計測・診断装置の概略図。

【図１７】本発明によるプローブヘッドを用いた異なる
実施形態の計測・診断装置の概略図。

【符号の説明】

１ プローブヘッド ２ 光源 ３ 検出器 ４ ビームスプリッタ ５ Ｘ−Ｙ−Ｚステージ ６ 試料 ７，７’ 制御装置 ８，１２ 金属膜 ９，１３ 微小開口孔 １０ ＳＩＬ １１，１１’ 非球面レンズ １４ 光ファイバ １５ａ，１５ｂ 光導波路 １６ 半球レンズ １７，１７’ 金属膜

フロントページの続き (72)発明者 山田 良行 東京都府中市若松町２丁目８番地33 ネオ アーク株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA06 AA20 AA31 AA49 AA53 BB05 DD02 DD14 FF00 FF23 FF41 GG04 GG22 GG23 LL00 LL12 LL30 LL37 PP12 QQ25

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体となる基板と、その基板上に近接
   場光発生用コアとクラッドからなる光導波路と、少なく
   とも１つのコアとクラッドからなる距離制御用光導波路
   とを設けたことを特徴とする近接場光を利用した装置用
   プローブヘッド。
2. 【請求項２】 支持体となる基板上に設けた近接場光発
   生用光導波路の周囲に少なくとも２つの傾き制御用光導
   波路を設けたことを特徴とする請求項１記載の近接場光
   を利用した装置用プローブヘッド。
3. 【請求項３】 基板の近接場光が発生する面に、近接場
   発生用光導波路の先端中央部に形成された微小開口部を
   設けた金属膜を設け、距離制御用光導波路は入射光用と
   反射光用の光導波路を備えると共に入射光が先端部で全
   反射することにより前記金属膜に表面プラズモン共鳴を
   励起し、かつ前記金属膜と試料との間の距離に対応して
   変化する反射光量を反射光用光導波路で検出することを
   特徴とする請求項１又は２記載の近接場光を利用した装
   置用プローブヘッド。
4. 【請求項４】 近接場光発生用光導波路の先端部のみに
   光導波路の中央部に微小開口を設けた金属膜を設け、か
   つ入射光用と反射光用の光導波路を備えると共に入射光
   が先端部で全反射することによりエバネッセント波を発
   生させる距離制御用光導波路を設けたことを特徴とする
   請求項１又は２記載の近接場光を利用した装置用プロー
   ブヘッド。
5. 【請求項５】 非球面レンズとソリッドイマージョンレ
   ンズ（ＳＩＬ）を組合せた近接場光発生プローブヘッド
   において、近接場光が発生するＳＩＬの底面に金属膜を
   設け、近接場光が発生する微小部分のみ金属膜が施され
   ていない微小開口部を設けることにより近接場光を発生
   させ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発生用光源
   と異なる少なくとも１つの光源からの光を用いて、微小
   開口部の外側の金属膜に入射光を全反射させ、表面プラ
   ズモン共鳴を励起させることを特徴とする近接場光を利
   用した装置用プローブヘッド。
6. 【請求項６】 非球面レンズとソリッドイマージョンレ
   ンズ（ＳＩＬ）を組合せた近接場光発生プローブヘッド
   において、近接場光発生用光源又は近接場光発生用の光
   源とは異なる少なくとも１つの光源からの光を用いて、
   ＳＩＬ底面に入射光を全反射させ、エバネッセント波を
   発生させることを特徴とする近接場光を利用した装置用
   プローブヘッド。
7. 【請求項７】 光学レンズの底面に中心部に微小開口部
   を設けた金属膜を設けることにより近接場光を発生さ
   せ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発生用光源と
   異なる少なくとも１つの光源からの光を用いて、微小開
   口部の外側の金属膜に入射光を全反射させ、表面プラズ
   モン共鳴を励起させることを特徴とする近接場光を利用
   した装置用プローブヘッド。
8. 【請求項８】 光学レンズの底面に中心部に微小開口部
   を設けた金属膜を設けることにより近接場光を発生さ
   せ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発生用光源と
   異なる少なくとも１つの光源からの光を用いて、光学レ
   ンズの底面に入射光を全反射させ、エバネッセント波を
   発生させることを特徴とする近接場光を利用した装置用
   プローブヘッド。
9. 【請求項９】 プリズムの底面に中心部に微小開口部を
   設けた金属膜を設けることにより近接場光を発生させ、
   かつ近接場光発生用光源又は近接場光発生用光源と異な
   る少なくとも１つの光源からの光を用いて、微小開口部
   の外側の金属膜に入射光を全反射させ、表面プラズモン
   共鳴を励起させることを特徴とする近接場光を利用した
   装置用プローブヘッド。
10. 【請求項１０】 プリズムの底面に中心部に微小開口部
    を設けた金属膜を設けることにより近接場光を発生さ
    せ、かつ近接場光発生用光源又は近接場光発生用光源と
    異なる少なくとも１つの光源からの光を用いて、光学レ
    ンズの底面に入射光を全反射させ、エバネッセント波を
    発生させることを特徴とする近接場光を利用した装置用
    プローブヘッド。
11. 【請求項１１】 支持体となる基板上に少なくとも１つ
    のコアとクラッドからなる距離制御用光導波路とを設け
    たことを特徴とする請求項５〜１０記載の近接場光を利
    用した装置用プローブヘッド。
12. 【請求項１２】 微細加工用及び距離計測用の光源と、
    反射光量検出器と、請求項１〜１１のいずれかのプロー
    ブヘッドと、そのプローブヘッドと試料間を制御する制
    御装置を具備したことを特徴とする光微細加工装置。
13. 【請求項１３】 計測・診断用及び距離計測用の光源
    と、反射光量検出器と、請求項１〜１１のいずれかのプ
    ローブヘッドと、そのプローブヘッドと試料間を制御す
    る制御装置を具備したことを特徴とする計測・診断装
    置。