JP2004151046A - 近接場光発生プローブ及び近接場光発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、散乱体を用いたプローブにおいて、強い近接場光が発生する点以外の部分で発生する近接場光がノイズとなる。
【解決手段】散乱体の強い近接場光が発生する頂点以外の部分の表面を、削る深さが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削る。
【効果】試料観察や記録マークを再生する場合のノイズを抑えることが出来る。
【選択図】 図３
【解決手段】散乱体の強い近接場光が発生する頂点以外の部分の表面を、削る深さが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削る。
【効果】試料観察や記録マークを再生する場合のノイズを抑えることが出来る。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光を発生させる近接場光発生プローブ及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、平面金属散乱体を用いたプローブが提案されている。これは、図４３に示すように、三角形の形状をした平面状金属散乱体３５１を平面基板上に形成したプローブである。ａ）には、金属散乱体３５１を１つ形成したプローブを、ｂ）には、金属散乱体３５１を２つ形成したプローブを示す。Ｘ方向に偏光した光を入射させると、頂点３５２に局在した近接場光が発生する。特に、入射光の波長をプラズモンの共鳴に合せることにより非常に強い近接場光を発生させることが出来る（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ６ｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， Ａｕｇ． ２７−３１， ２０００， ｐ５５）。ａ）では、金属散乱体３５１の頂点３５２から、近接場光が発生し、ｂ）では、金属散乱体３５４を２つ、それぞれの頂点の間隔が数１０ｎｍ以下になるように配置され、頂点間３５３に局在した近接場光が発生する。なお、本明細書で近接場光とは、局在した光、すなわち波数が虚数成分を持つ光をいう。
【非特許文献１】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ６ｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， Ａｕｇ． ２７−３１， ２０００， ｐ５５
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の三角形の形状をした平面状の散乱体を用いたプローブは、非常に高い近接場光発生効率を実現することが可能である。このプローブでは、光の振動数と金属中に発生するプラズモンの共鳴周波数を一致させると非常に高い効率が得られる。
【０００４】
しかし、上記のような平面状の散乱体を用いる場合、近接場光が発生する頂点以外の部分にも弱い近接場光が発生してしまう。例えば、図１に示すような三角形の形状をした散乱体を用いる場合、プラズモン共鳴を発生させるためには散乱体の長さ（Ｌ１）は光波長以下にすることが好ましい。このとき、強い近接場光が発生する頂点１２以外の頂点１３も励起用の光スポットの中に入る。その結果この頂点１３にも弱い近接場光が発生してしまう。このように、頂点１３にも近接場光が発生すると、試料観察や記録マークを再生する場合、そこから発生する散乱光がノイズとして検出されてしまう。
【０００５】
本発明は、散乱体を用いたプローブで、強い近接場光が発生する点以外の部分で発生する近接場光の影響を小さくすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の構成とすることによって達成される。即ち、散乱体を１の箇所で近接場光を発生させるようにし、この１の箇所以外の表面と試料（または媒体）との間隔が近接場光が発生する１の箇所と試料（または媒体）との間隔よりも大きくなるように、近接場光が発生する１の箇所以外の厚さを薄くした。この時、近接場光が発生する１の箇所以外の表面と試料（または媒体）との間隔が近接場光のしみ出し深さ以上になるように薄くすると良い。ここで、近接場光強度のしみ出し深さとは光強度が散乱体表面での強度の１／２となる距離と定義する。図２に示すように、近接場光強度は散乱体表面から離れると減少し、しみ出し深さは、通常２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。近接場光が発生する１の頂点以外の表面と試料（または媒体）との間隔が近接場光のしみ出し深さ以上になるように薄くすると、近接場光が発生する１の頂点以外の部分で発生する近接場光は試料または媒体に到達しなくなる。したがって、近接場光が発生する１の頂点以外で発生する近接場光により発生するノイズ成分を小さくすることができる。散乱体は、その散乱体の面の方向と試料または記録媒体の面の方向とが実質的に平行になるように配置されることとなるが、ここで、散乱体の面の方向とは薄くする前の状態で考えた散乱体の面の方向を言う。また実質的に平行とは、散乱体の面と試料または記録媒体表面とのなす角が１０度以内であることを言う。なお、頂点とは、第１の線（辺）と第２の線（辺）が現実に交差する点のみならず、所定の曲率を有する場合も含まれる。
【０００７】
上記の散乱体は、曲率半径が入射光の波長より小さな頂点を持ち、その頂点に向かい幅が徐々に小さくなった平面状の散乱体（例えば、平面状の三角形または扇形、台形の散乱体）にする。これら散乱体の幅が狭くなった部分にある頂点近傍を除いて表面を削る。光源からの光を散乱体に入射させると、幅が狭くなった部分の頂点に、散乱体中の電荷が集中し、その結果、前記頂点近傍に強い近接場光が発生する。特に、プラズモン共鳴が発生するように入射光の波長、散乱体の材質、長さなどを調整すると、幅が狭くなった部分にある頂点近傍に非常に強い近接場光が発生する。このとき頂点の他端側のエッジにも弱い近接場光が発生するが、この部分は試料または媒体から離れているため、試料または媒体に到達しない。
【０００８】
上記の散乱体は、１つの頂点を除いて表面を削った平面状の円または楕円または長方形の形状をした散乱体であっても良い。楕円の場合、長軸方向に偏光した光を入射させると、プラズモン共鳴が発生し、長軸上にある２つの頂点に強い近接場光が発生するが、片側の表面を削ることにより、そこで発生する近接場光が試料または記録媒体に到達することを防ぐことが出来る。
【０００９】
上記削る部分は、例えば削った面が散乱体の削る前の状態の面に対し実質的に水平になるように削り、削った面と削らない部分の境界部は斜めになるように削る。ここで実質的に水平とは、削った面と散乱体の面のなす角が１０度以内であることを言う。
【００１０】
上記散乱体は、平面状の散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が実質的に垂直になるように配置しても良い。ここで実質的に垂直とは、散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が、８０度以上９０度以下になることを言う。
【００１１】
なお、試料または媒体に対しほぼ平行に散乱体を設置した場合には、平面状とは、Ｚ軸（厚さ）方向に比べてＸＹ（平面）方向に延伸しているとの意味である。一方、試料または媒体に対しほぼ垂直に散乱体を設置した場合には、平面状とは、Ｚ軸（平面）方向に比べてＸＹ（厚さ）方向に延伸しているとの意味である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の近接場光発生器は、図３に示すように、頂点２２に強い近接場光２５が発生する平面状の散乱体２１とそれを支持する基板２４から構成される。前記平面状の散乱体は、散乱体の面の方向と試料または記録媒体２７の面の方向とのなす角が実質的に平行になるように配置され、前記散乱体の表面は、強い近接場光が発生する頂点２２近傍以外の部分（他端側の頂点もしくはエッジ２３の周辺２６）において、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように、削り取られている。言い換えれば、前記散乱体の表面は、近接場光を発生させたい頂点２２近傍以外の部分（他端側の頂点もしくはエッジ２３の周辺２６）において、近接場光のしみ出し深さ以上の距離ｄだけ記録媒体２７に対して離間している。光源１９からの光を集光素子１７を通して散乱体２１に入射させると、頂点２２に強い近接場光が発生するが、このとき頂点２２の他端側２３にも弱い近接場光が発生する。しかし、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上であるであるため、他端側２３近傍で発生する近接場光は試料または記録媒体２７に到達しない。すなわち、試料または記録媒体２７表面で測定した光強度は、他端側２３近傍において無視できる程小さくなる。なお、本明細書では、頂点とは、第１の線（辺）と第２の線（辺）が現実に交差する点のみならず、所定の曲率を有する場合も含まれる。また、光は矢印２９の方向から入射させても良い。図３では、散乱体がｄだけ薄くなった場合を示したが、図４４に示す通り、散乱体の近接場光を発生させる頂点２２近傍以外の部分について、近接場光のしみ出し深さ以上の距離だけ試料（または媒体）２７に対し離間させるようにしても良い。
【００１３】
散乱体の材質は、金属（例えば金、銀、銅、アルミ、マグネシウム、チタン、クロム）や半導体（例えばＳｉ、ＧａＡｓ）などの導電性のあるものにする。散乱体が形成される基板は、光透過性のあるもの（ここでは透過率が７０％以上あるものと定義する）であると好ましい。なぜなら、基板を通して光を入射させる（すなわち図３中矢印２８の方向に入射させる）ことが出来るためである。例えば、散乱体を形成する基板の材質はＳｉＯ２やサファイア、ＧａＮなどにする。
【００１４】
上記の散乱体は、曲率半径が入射光の波長より小さな頂点を持ち、その頂点に向かい幅が徐々に小さくなった平面状の散乱体（例えば、平面状の三角形、扇形、台形）にする。図４（ａ）に形状が三角形の場合の実施例を示す。この実施例では、頂点１２以外の部分を、削った面が散乱体の面に対し実質的に水平になるように削り、削る部分と削らない部分の境界部３０は斜めになるように削った。光源からの光を、偏光方向が図中のｘ方向を向くように入射させると、散乱体１１中の電荷が偏光方向と同一方向に振動し、頂点１２に集中する。その結果、頂点１２近傍に強い近接場光が発生する。特に、プラズモン共鳴が発生するように入射光の波長、散乱体の材質、長さＬ１などを調整すると、頂点１２近傍に非常に強い近接場光が発生する。このとき頂点１３近傍にも近接場光が発生するが、その周辺１６が、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削られているため、試料または媒体表面までその近接場光は到達しない。なお、境界部３０の傾き（図３中θ２）は、大きすぎると境界部３０により散乱体中の電子の振動が妨げられ、頂点２２に発生する近接場光強度が低下してしまう。境界部３０の傾きθ２は６０度以下にするのが好ましい。
【００１５】
図５に、三角形の形状をした散乱体近傍の近接場光強度分布を示す。これは、Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ， Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．９， ｐ１９７４−１９８３， １９９５， （和名）ジャーナルオブオプティカルソサエティオブアメリカＡ１）を用いて求めた。図５（ａ）が表面を削らない場合、図５（ｂ）が表面を削った場合を示す。散乱体の材質は金とし、散乱体は空気中に置かれているとした。頂点１２の曲率半径は２０ｎｍ、厚さｔ１は３０ｎｍ、頂点１２の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは５ｎｍ、削る部分と削らない部分の境界部分３０の傾きθ２は３０度とした。光波長は７８０ｎｍで、観測面は頂点１２から５ｎｍ離れた面内とした。強度の値は、近接場光強度と入射光強度との比を表す。この図に示すように、表面を削ることにより、頂点１３近傍の強度を小さくすることが出来た。なお、表面を削ることにより、光スポットの大きさ（近接場光の広がり）も小さくなった。これは、頂点１２近傍の散乱体が削られたため、その部分に発生する近接場光（図５（ａ）中Ａ）が試料または媒体に到達しなくなったためと考えられる。図６に頂点１２に発生する近接場光強度（観測面は頂点１２から２ｎｍ離れた位置）の光波長依存性を示す。この図に示すように、波長７００ｎｍ付近でプラズモン共鳴が発生し、近接場光強度が最大となる。
【００１６】
上記の散乱体の形状は、１つの頂点近傍を除いて表面を削った平面状の円または楕円であっても良い。図４（ｂ）にその例を示す。この実施例では、頂点３３周辺を水平に削り、削る部分と削らない部分の境界部３０は斜めになるように削った。この散乱体に、偏光方向がＸの方向になるように光を入射させると頂点３２およびその反対側の頂点３３に近接場光が発生する。ただし、頂点３３の周辺３４は、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削られているため、頂点３３近傍に発生する近接場光は試料または媒体表面まで到達しない。
【００１７】
上記頂点３２に強い近接場光を発生させるためには、形状を楕円にし、頂点３２は楕円の長軸上の１点とし、入射光の偏光方向を長軸に平行な方向にするのが好ましい。特に、楕円の長軸長Ｌ２と短軸長Ｌ３、散乱体の材質、および光波長などを調整することによりプラズモン共鳴を励起すると、非常に強い近接場光を発生させることが出来る。本実施例では、散乱体の材質を金、長軸長Ｌ２を１００ｎｍ、短軸長Ｌ３を４０ｎｍ、厚さｔ１を３５ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。なお、光スポットの大きさは、短軸長Ｌ３が小さい程小さくなる。したがって、図７（ａ）に示すように、短軸長Ｌ３が厚さｔ１より小さくなるようにしても良い。図７（ａ）の実施例では、散乱体の材質を金、長軸長Ｌ２を１００ｎｍ短軸長Ｌ３を１０ｎｍ、厚さｔ１を４０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとした。
【００１８】
上記散乱体の形状は、１つの辺近傍を除いて表面を削った直方体であっても良い。図４（ｃ）にその例を示す。この実施例では、辺３７周辺を水平に削り、削る部分と削らない部分の境界部３０は斜めになるように削った。この散乱体に、偏光方向がＸの方向になるように光を光を入射させると、辺３６およびその反対側の辺３７近傍に近接場光が発生する。ただし、辺３７の周辺部３８は、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削られているため、辺３７近傍に発生する近接場光は試料または媒体表面まで到達しない。
【００１９】
上記辺３６に強い近接場光を発生させるためには、辺３６は短辺とすることが好ましく、そのとき入射光の偏光方向は長辺に平行な方向（図４（ｃ）中Ｘ方向）にするのが好ましい。特に、長辺の長さＬ４と短辺の長さＬ５、および光波長を調整することによりプラズモン共鳴を励起すると、非常に強い近接場光を発生させることが出来る。本実施例では、長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を４０ｎｍ、厚さｔ１を３５ｎｍ、削る深さｄを５ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。なお、光スポットの大きさは、短辺の長さＬ５が小さい程小さくなる。したがって、図７（ｂ）に示すように、短辺の長さＬ５が厚さｔ１より小さくなるようにしても良い。図７（ｂ）の実施例では、散乱体の材質を金、長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を１０ｎｍ、厚さｔ１を４０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとした。
【００２０】
上記削る部分（図３中２６）は、図８および図９に示すように、削った面と削らない部分の境界３０が曲面となるように削っても良い。細かな凹凸のある試料を測定する場合は、このように削ることにより、近接場光が発生する頂点２２が凹んだ部分の中に入り込みやすくなる。したがって、より正確に試料形状を測定することが可能になる。
【００２１】
上記削る部分（図３中２６）は、図１０に示すように、削った部分の表面が散乱体の面に対し斜めになるように削っても良い。強い近接場光が発生する頂点２２の他端側の頂点もしくはエッジ２３の部分で削る深さｄは、近接場光のしみ出し深さ以上になるようにする。このように削ることで、頂点２２の突き出た部分の機械的強度を強くすることが出来る。図１１に、散乱体の形状を三角形、楕円、長方形とした場合の例を示す。図１１（ａ）に示すような三角形の場合、散乱体の材質を金、頂点１２の曲率半径は２０ｎｍ、厚さｔ１は４０ｎｍ、頂点１２の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは１０ｎｍ、光波長は７８０ｎｍとした。図１１（ｂ）に示すような楕円の場合、散乱体の材質を金、長軸長Ｌ２を１００ｎｍ短軸長Ｌ３を４０ｎｍ、厚さｔ１を４０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。図１１（ｃ）に示すような長方形の場合、長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を４０ｎｍ、厚さｔ１を３５ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。
【００２２】
上記散乱体は、散乱体の面が試料（または記録媒体）の面に対して傾くように配置しても良いし、散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が実質的に垂直になるように配置しても良い。ここで実質的に垂直とは、散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が、８０度以上９０度以下になることを言う。図１３に散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角を実質的に垂直にした場合の実施例を示す。図１３（ａ）の実施例では、散乱体の２つの面のうち、一方の面上にある近接場光が発生する頂点１０２近傍以外の部分を、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削った。（このとき光は矢印１１１に示すように横から入射させても良いし、矢印１１２のように斜めに入射させても良い。）なお、本願明細書で、散乱体の平面状の方向を媒体や試料に対しほぼ垂直に配置した場合について、散乱体の厚さとは、近接場光を照射される試料（媒体を含む）に対し垂直方向の厚さをいう。従って、図１３の実施例では、ｄに示す方向が厚さとなる。図１３（ｂ）の実施例では、片方の面上にある近接場光が発生する頂点１０１とそれと反対側の面上にある近接場光が発生する頂点１０２の間にある頂点１０３近傍を除いて、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削った。もしこのように削らない場合、図１２に示すように、散乱体の片面（右面）とその反対側の面（左面）のそれぞれの頂点１０１、１０２に近接場光が発生するので分解能が低下してしまう。上記のように頂点部を削れば、片側１０２（片側のみを削った場合）もしくは頂点１０３（両側を削った場合）に発生する近接場光のみが試料または媒体に到達する。したがって、分解能が向上する。
【００２３】
図１４に実際の散乱体の形状を示す。図１４（ａ）の実施例では散乱体の形状を三角形にした。散乱体の材質は金、頂点９１の幅ｗａは１０ｎｍ、幅ｔ１は３０ｎｍ、頂点９１の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは１０ｎｍ、光波長は６３５ｎｍとした。この時の近接場光強度分布を図１５に示す。この分布は、ＦＤＴＤ法により計算した。この強度分布は頂点１０１から２ｎｍ離れた面で測定した。強度の値は、入射光強度との比を表す。この図に示すように、頂点１０１側に強い近接場光が発生した。図１４（ｂ）の実施例では、散乱体の形状を楕円にした。散乱体の材質が金、長軸の長さＬ２は１００ｎｍ、短軸の長さは４０ｎｍ、幅ｔ１は３０ｎｍ、削る深さｄは１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。図１４（ｃ）の実施例では、散乱体の形状を長方形にした。長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を４０ｎｍ、幅ｔ１を３０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。
【００２４】
図１６（ａ）（ｂ）に、上記先端部の削る部分を階段状にした例を示す。例えば、削る深さｄが１０ｎｍ、幅ｔ１が３０ｎｍ、先端の幅ｔ２が５ｎｍになるように削る。細かな凹凸のある試料を測定する場合は、このように削ることにより、先端部１０２または１０３が凹んだ部分の中に入り込みやすくなる。したがって、より正確に試料形状を測定することが可能になる。
【００２５】
図１７に、近接場光強度をさらに強くするために、上記散乱体の近接場光が発生する頂点２２近傍に導電性のある第二の散乱体１５１を形成した場合を示す。ここで、第一の散乱体の近接場光が発生する頂点２２と第二の散乱体の間隔（Ｇ）を光波長より小さくすると、頂点２２に集まる電荷と第二の散乱体中の電荷が互いに相互作用することにより、２つの散乱体の間１５４に強い近接場光が発生する。
【００２６】
第二の散乱体の表面は、第一の散乱体に最も近い点１５２の他端側の点またはエッジ１５３が入射光スポット内にないときは、必ずしも第一の散乱体と同様に削る必要はない（図１７（ａ））。しかし、第一の散乱体に最も近い点１５２の他端側の点またはエッジ１５３が入射光スポット内あるときは、図１７（ｂ）に示すように、第一の散乱体と同様に、第一の散乱体に最も近い点１５２近傍を除いて表面を削ることが好ましい。
【００２７】
第一と第二の散乱体の形状は、必ずしも同一にする必要はない。しかし、同一にすることにより、両方の散乱体中にプラズモン共鳴を同時に励起することが可能になり、より強い近接場光を２つの散乱体の間に発生させることが出来る。例として、図１８に三角形の形状をした二つの散乱体を２つ組み合わせた場合の形状を示す。Ｘ方向に偏光した光を入射させると、それぞれの散乱体中の電荷が頂点１２に集まり、互いに相互作用する。その結果２つの頂点間１５４に強い近接場光が発生する。本実施例では、散乱体の材質を金、頂点１２の曲率半径は２０ｎｍ、厚さｔ１は４０ｎｍ、頂点１２の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは１０ｎｍ、間隔Ｇは５ｎｍ、光波長は７８０ｎｍとした。
【００２８】
上記の散乱体は、図１９に示すように、厚さ方向（Ｚ軸方向）を大きくし、ＸＹ（平面）方向に比べてＺ軸（厚さ）方向に延伸するようにしても良い。このように厚さ方向を大きくすることにより、散乱体中に発生する熱が逃げやすくなる。したがって、入射光パワーの限界値（パワーが大きいと発熱により散乱体が破壊する）を大きくすることが出来る。本実施例では、散乱体の外周部の形状を三角形にし、頂点１２以外の表面部１６を削った。頂点１２とその他端側のエッジの距離Ｌ１は１５０ｎｍ、厚さｔ１は３００ｎｍ、削る深さｄは１０ｎｍとした。
【００２９】
上記の散乱体は、平面状の散乱体に替えて、直径が入射光の波長よりも小さい球もしくは半球、または長軸の長さが入射光の波長よりも小さい回転楕円体もしくは半回転楕円体の散乱体にしても良い。これら散乱体表面の近接場光が発生する１点以外の部分を削ると、近接場光が発生する点の曲率半径を小さくすることができるので、近接場光の広がりをより狭くすることが出来る。すなわち、分解能を向上させることができる。図２０にその例を示す。図２０ （ａ）の例では、基板２４上に半回転楕円体の形状をした散乱体を形成し、近接場光が発生する点１７２以外の部分を削った。この散乱体に偏光方向が試料または記録媒体面に垂直な方向（Ｚ方向）を向いた光を入射させると、点１７２近傍に局在した近接場光が発生する。半回転楕円体の高さｈ１は光波長以下とし、削る深さｄは、近接場光のしみ出し深さ以上とするのが好ましい。削った後に形成される突起１７３の根元の幅ａは小さい方が高い分解能が得られる。入射光の波長は、プラズモン共鳴が発生する波長にするのが好ましい。本実施例では、半回転楕円体の高さｈ１は１００ ｎｍ、幅ｂは４０ｎｍ、削る深さは１０ｎｍ、突起の根元の幅ａは１５ｎｍ、散乱体の材質は金とした。図２０（ｂ）の例では、１７２以外の部分を削ることに替えて、球の散乱体表面に微小な突起１７４を形成した。このように突起を形成しても、上記の削ったものと同様の効果が得られる。本実施例では、半回転楕円体の高さｈ１は１００ｎｍ、幅ｂは４０ｎｍ、突起の高さｄは１０ｎｍ、根元の幅ａは１５ｎｍ、散乱体の材質は金とした。
（実施例２）
実施例２は、散乱体の摩耗を防ぐための実施例を示す。
【００３０】
上記散乱体の面が試料または媒体面に実質的に平行に配置した平面状の散乱体を用いて凹凸のある試料を測定する場合、図３のように、散乱体は基板表面上に形成するのが好ましい。なぜなら、凹んだ部分に近接場光が発生する頂点２２が入り込み易いからである。ただし、この時、頂点２２は磨耗し易い。これを防ぐためには、図２１（ａ）に示すように、頂点１８１近傍の散乱体の側面を硬度の高い物質で覆うと良い。ここで、頂点１８１近傍とは、頂点１８１からの距離が５０ｎｍ以下である範囲と定義する。本実施例では、ガラス基板上に長さＬ１が１５０ｎｍ、角度θ１が６０度、厚さｔ１が３０ｎｍ、材料が金、形状が三角形、表面がｄ＝５ｎｍ削られた散乱体を形成し、散乱体側面のうち、頂点１８１からの距離が３０ｎｍ以下となる範囲内において、幅ｔ３が１０ｎｍのカーボンまたはダイアモンドまたはＳｉまたはＳｉＮの膜を形成した。
【００３１】
上記散乱体の面が試料または媒体面に実質的に平行に配置した平面状の散乱体を記録装置へ応用する場合は、図２１（ａ）のように散乱体を形成しても、記録媒体を高速に回転させるため、頂点１８１が磨耗してしまう。これを防ぐためには、図２１（ｂ）のように、散乱体２１が基板２４に埋め込まれるように形成するか、図２１（ｃ）のように、散乱体１８１の周辺に、パッド１８３を形成するのが好ましい。散乱体を基板に埋め込む場合は、図２１（ｂ）のように、近接場光が発生する頂点１８１と基板表面１８２が実質的に同一平面上にあることが好ましい。パッドを形成する場合は、近接場光が発生する頂点とパッド表面が実質的に同一平面上にあることが好ましい。ここで、実質的に同一平面上とは、高さの差が１０ｎｍ以内であることを言う。本実施例では、ガラス基板表面に長さＬ１が１５０ ｎｍ、頂角θ１が６０度、厚さｔ１が３０ｎｍ、材料が金、形状が三角形、表面がｄ＝５ｎｍ削られた散乱体が、図２１（ｂ）のように埋め込まれるように形成した。
【００３２】
（実施例３）
実施例３では、散乱体が試料や媒体面に対し垂直になるように配置した例を示す。
【００３３】
前記散乱体の面が試料または媒体面に垂直になるように配置した平面状の散乱体を用いて凹凸のある試料を測定する場合、図２２のように、近接場光が発生する頂点１９１は基板表面１９２から突き出るように形成するのが好ましい。なぜなら、凹んだ部分に頂点１９１が入り込み易いからである。ただし、上記のように頂点１９１を突出させるとき、散乱体が試料に接触し破壊され易い。これを防ぐためには、実施例２で説明したとおり、散乱体の側面を硬度の高い材料で覆うのが好ましい。本実施例では、短辺の長さが２０ｎｍ、長辺の長さが１５０ｎｍ、幅ｔ１が３０ｎｍ、材料が金の長方形の散乱体をガラス基板側面に形成し、頂点１９１付近を削る深さｄが１０ｎｍになるように斜めに削った。頂点１９１は基板表面１９２からｈ３＝５０ｎｍ突き出るようにし、散乱体側面には、散乱体の破壊を防ぐために幅ｔ４＝１０ｎｍのカーボンまたはダイアモンドまたはＳｉまたはＳｉＮの膜を形成した。
【００３４】
前記散乱体の面が試料または媒体面に垂直になるように配置した平面状の散乱体を記録装置へ応用する場合は、図２２（ａ）のように散乱体を形成しても、記録媒体が高速に回転するため、散乱体先端が磨耗してしまう。これを防ぐためには、図２２（ｂ）のように、近接場光が発生する頂点１９１と基板表面１９２が実質的に同一平面上にあるように散乱体を形成する。本実施例では、短辺の長さが２０ｎｍ、長辺の長さが１５０ｎｍ、幅ｔ１が３０ｎｍ、材料が金で、先端部分が削る深さｄが１０ｎｍとなるように斜めに削られた長方形の散乱体を、頂点１８１と基板表面１８２が実質的に同一平面上にあるように形成した。なお、上記散乱体は、図２２（ｃ）に示すように、基板に埋め込まれるように形成しても良い。埋め込む時は、近接場光が発生する頂点１８１と基板表面１８２が実質的に同一平面上にあることが好ましい。ここで実質的に同一平面上とは高さの差が１０ｎｍ以内であることを言う。
（実施例４）
実施例４では、散乱体の近接場光が発生する頂点近傍の材料を残りの部分の材料と異なるようにした例を示す。例えば、近接場光が発生する頂点近傍の材料を残りの部分の材料よりも硬度の高い材料にすれば、散乱体の耐久性を向上させることができる。また、近接場光が発生する頂点近傍の材料を発光材料にしても良い。ここで発光材料とは、例えば、フォトルミネッセンス、２次の非線形光、３次の非線形光、ラマン散乱、二光子吸収による発光などを発生させる物質を言う。これら発光をフィルタやグレーティングを用いて励起光から分離し、その強度変化または発光波長のシフト量を検出することにより、近接場光が発生する頂点からの信号のみを選択的に検出することが可能になる。すなわち、バックグランド光の検出を抑えることができ、像のコントラストを向上させることが可能になる。また、発光材料を、特定の物質と反応すると発光強度または発光波長が変化する物質にすれば、高い空間分解能を持つ微小なセンサとしてプローブを用いることが出来る。
【００３５】
平面状の散乱体を使うときの実施例を図２３および図２４に示す。
【００３６】
図２３（ａ）および図２４（ａ）の実施例では、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４が試料または記録媒体面に実質的に平行になるようにした。ここで実質的に平行とは、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４と試料または記録媒体面のなす角が３０度以内であることを言う。本実施例では、散乱体の耐久性を向上させるために、近接場光が発生する頂点２０２から幅ｘの領域２０１の材料をＰｔまたはＰｄまたはＲｈあたはＩｒまたはＴｉまたはＣｒまたはＣｏまたはＳｉまたはＳｉＮにした。近接場光が発生する頂点近傍２０１の材料は硬度の高いものであれば良いが、強い近接場光を発生させるためには、金属や半導体などの導電性のある材料が好ましい。材料を変える部分２０１の幅ｘは削る深さｄ以下になるようにしても良いし、削る深さｄ以上になるようにしても良い。材料を変える部分２０１が変えない部分２０３から剥がれることを防止するためには、材料を変える部分２０１の幅ｘを削る深さｄ以上になるようにし、材料を変える部分２０１と変えない部分２０３の接触面積を大きくすることが好ましい。しかし、近接場光が発生する頂点近傍の材料を変えることにより発生する近接場光強度が材料を変えることにより小さくなる場合は（例えば変える部分２０１の材料の導電性が、変えない部分２０３の材料の導電性より低い場合）、材料を変える部分２０１の幅ｘが削る深さｄ以下になるようにして、材料を変える部分２０１の体積を小さくすることが好ましい。本実施例では、削る深さｄを１０ｎｍ、材料を変える部分の幅ｘを５ｎｍにした。また本実施例では、像のコントラスト向上させるために、近接場光が発生する頂点２０２から深さｘの領域２０１の材料を蛍光体または非線形物質にした。蛍光体の材料にはＲｈｏｄａｍｉｎｅやＣｏｕｍａｒｉｎ、Ｐｙｒｉｄｉｎｅ、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ、Ｓｔｙｒｙｌなどの色素や、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＣｄＳなどの半導体を用いた。非線形物質にはＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＬｉＮｂＯ３などを用いた。高いコントラストを実現するためには、材料を変える部分２０１の幅ｘが削る深さｄ以下になるようにして、発光体の体積を小さくすることが好ましい。本実施例では、削る深さｄを１０ｎｍ、材料を変える部分の幅ｘを５ｎｍにした。
【００３７】
材料を変える部分と変えない部分の境界面の方向は任意であり、例えば、図２３（ｂ）および図２４（ｂ）に示すように、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４が試料または記録媒体面に対し実質的に垂直になるようにしても良い。本実施例では、図２３（ｂ）および図２４（ｂ）の場合ともに、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４と試料または記録媒体面のなす角は９０度、変える部分の幅ｘは５ｎｍ、削る深さｄは１０ｎｍ、変える部分の材料は、ＰｔまたはＰｄまたはＲｈあたはＩｒまたはＴｉまたはＣｒまたはＣｏまたはＳｉまたはＳｉＮなどの硬度の高いもの、およびＲｈｏｄａｍｉｎｅやＣｏｕｍａｒｉｎ、Ｐｙｒｉｄｉｎｅ、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ、Ｓｔｙｒｙｌなどの色素や、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＣｄＳなどの半導体の蛍光材料、およびＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＬｉＮｂＯ３などの非線形物質にした。
（実施例５）
実施例５は削られた部分を所定の物質で埋め込んだ例を示す。図２５に、上記表面が削られた部分２２１を散乱体の材料とは異なる物質で埋めた例を示す。例えば、削られた部分２２１をＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの誘電体で埋めれば、近接場光のしみ出し深さが小さくなるので、近接場光が発生する頂点２２以外で発生する近接場光が、試料または記録媒体２７にさらに到達しにくくなる。本実施例では、図２５（ａ）または（ｂ）のように、金の散乱体を、表面から５ｎｍ削り、そこをＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３またはＣｒ２Ｏ３の誘電体で埋めた。
（実施例６）
次に、遮光膜を用いた例を示す。試料の形状や記録媒体上に形成された記録マークの有無等を検出するために、プローブを透過した光のパワーを検出する場合、散乱体に当たらなかった光は、そのまま検出器で検出されてしまう。この光はバックグランド光として働き、検出のＳ／Ｎ比の低下を招く。これを防ぐために、図２６のように、散乱体の近傍に遮光性のある膜２４１を形成すると好ましい。ここで、遮光性のある膜とは透過率が５０％以下である膜と定義する。この遮光性のある膜には、例えば金や銀などの金属、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体、カーボンなどの誘電体などを用いる。散乱体と遮光性のある膜の間隔Ｗ１を光波長以下（本実施例では５０ｎｍとした）にすることにより、バックグランド光の発生を抑制することができる。なお、遮光膜として光吸収性のある膜（透過率同様、反射率も低い膜。ここでは透過率および反射率が５０％以下の膜と定義する）を利用する場合、プローブの透過光を検出する方式（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）だけでなく、光源側に戻ってくる光を検出する方式（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ−Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）の装置においても、バックグランド光を抑制することが可能である。本実施例では、図２６（ａ）および図２６（ｂ）に示すように、近接場光が発生する頂点２２以外の表面が削られた、三角形または楕円の形状をした散乱体を形成し、その周辺に遮光膜２４１を形成した。散乱体および遮光膜の材料はともに金とし、散乱体と遮光性のある膜の間隔Ｗ１は５０ ｎｍとした。
【００３８】
なお、各実施例に共通することだが、上記の散乱体へ入射させる光の中心位置は、散乱体上での光強度が最大となるよるに、図２７（ａ）のように散乱体の中心に実質的に一致させる。もしくは、近接場光強度の最大となる位置と入射光の中心位置を一致させるために、図２７（ｂ）のように入射光の中心位置を近接場光が発生する頂点２２に実質的に一致させても良い。ここで実質的に一致とは、入射光の中心位置と頂点の距離が入射光の光スポットの半値全幅の１／２以内となることをいう。
（実施例７）
実施例７は、散乱体を所定の素子上に形成した例を示す。
【００３９】
まず、散乱体を集光素子上に形成した例を示す。散乱体２１を、図２８（ａ）に示すようなＳｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ２８１や、図２８（ｂ）に示すようなフレネルレンズ２８４のついた基板２４、図２８（ｃ）に示すような凸レンズ２８５のついた基板２４などの上に形成する。このとき散乱体は光の集光点に形成する。このようにすれば、集光素子と散乱体の位置調整が不必要になる。また、図２８（ｄ）に示すように、散乱体を導波路２８６の終端に形成しても良い。このとき、なるべく多くの光が散乱体に当たるようにするには、導波路終端の径ｗ２は、光波長以下にすることが好ましい。しかし、ｗ２が光の波長の１／２以下になると、導波路中に光の伝播モードが存在しなくなる。したがってｗ２は導波路中の波長の１／２以上にすることが好ましい。また、散乱体を光共振器の出射面の近傍、即ち出射面から１０μｍ以内に形成しても良い。例えば、図２９（ａ）に示すように、光を共振させるための反射膜２９１を基板に形成し、その反射層２９１上に開口を形成し、その開口中に散乱体２１を形成する。このとき、バックグランド光の発生を抑制するために、散乱体と反射膜の間隔ｗ１は光波長以下にするのが好ましい。本実施例では、ｗ１を５０ｎｍとした。このように共振器の出射面近傍に形成すれば、散乱体に当たらずに反射した光が共振器により戻され、再び散乱体に照射されるので、光利用効率を向上させることが出来る。また、散乱体は半導体レーザの出射面の近傍、即ち出射面から１０μｍ以内に形成しても良い。例えば、図２９（ｂ）に示すように、散乱体１１を面発光レーザー２９３の出射面近傍に形成する。このとき、バックグランド光を抑制するために、レーザの出射面上に反射膜２９２を形成し、そこに開口を形成し、その中に散乱体を形成すると良い。この時、散乱体と反射膜の間隔ｗ１は光波長以下にするのが好ましい。本実施例では、ｗ１を５０ｎｍとした。このように半導体レーザーの出射面に形成することにより、光源と散乱体の位置調整が不必要になる。また、散乱体はフォトダイオードなどの光検出器の受光面近傍、即ち受光面から１０μｍ以内に形成しても良い。これにより、検出器と散乱体の位置位置調整が不要になる。
【００４０】
前記の散乱体は、図３０（ａ）に示すように、円錐もしくは多角錐３０２の突起先端に形成された平坦な部分３０１に形成しても良い。このとき、平らな部分の幅の最小値Ｗ３は、散乱体が試料に近づきやすくするために、できるだけ小さくするのが好ましい。また、図３０（ｂ）に示すように、円錐もしくは多角錐の側面を金属で覆えば、円錐もしくは多角錐の突起が光導波路の働きをし、光を散乱体２１のある部分に集光させる働きをする。この場合、先端の平坦な部分の幅の最小値Ｗ３は突起中を伝搬する光の波長以下（面積で表現すると先端の平坦な部分の面積が突起中を伝搬する光の波長の２乗以下）になるようにすれば、散乱体周辺から発生するバックグランド光の発生も抑制することができる。ただし、平坦な部分の幅ｗ３を突起中を伝搬する光の波長の１／２以下にすると、先端から出射する光量が減るため（導波路の径が光波長の１／２以下になると光の伝搬モードが存在しないため）、平坦な部分の幅ｗ３は突起中を伝搬する光の波長の１／２以上（面積で表現すると先端の平坦な部分の面積が突起中を伝搬する光の波長の１／２を２乗した値以上）にした方が良い。本実施例では、ＳｉＯ２の四角錐の突起の側面を厚さ１００ｎｍの金で覆い、先端の幅ｗ３は２５０ｎｍとした。
（実施例８）
次に、前記プローブの作製方法について説明する。散乱体の面と試料または媒体面が実質的に平行になる場合は、図３１（ａ）のように、まず基板２４中に埋め込まれた散乱体２１を形成する。つぎに、図３１（ｂ）のようにイオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用い、散乱体部分を斜めに選択的に削る。このとき、近接場光が発生する部分２２は基板２４の影となるため、エッチングされずに残り、残りの部分のみが削られる。散乱体の面と試料または媒体面が実質的に垂直になる場合も、図３２に示すような同様の方法で作製可能である。
【００４１】
また、前記近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分とは異なった散乱体は図３３のように作製する。まず図３３（ａ）のように、近接場光が発生する頂点近傍の材料２６２と残りの部分の材料２６１で構成される２層の膜でできた散乱体を、異なる材料同士の境界面が基板表面２６３に対し実質的に平行になり、かつ基板２４中に埋め込まれるように形成する。このとき散乱体の面は基板表面２６３、すなわち試料または媒体面に対し実質的に平行であっても良いし、実質的に垂直であっても良い（図３３は散乱体の面が基板表面に対し実質的に平行である場合を示す）。つぎに、図３３（ｂ）のようにイオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用い、散乱体の部分を斜めに削る。このとき、近接場光が発生する部分２２近傍は基板２４の影となるため、エッチングされずに残り、残りの部分のみが削られる。
【００４２】
また、図３４のように異なる材料どうしの境界面が基板表面２６３に対し実質的に垂直になるように加工することも可能である。このとき散乱体の面は基板表面に対し実質的に平行であっても良いし、実質的に垂直であっても良い（図３４は散乱体の面が基板表面に対し実質的に垂直である場合を示す）。まず図３４（ａ）のように、近接場光が発生する頂点近傍の材料２６２と残りの部分の材料２６１で構成される２層の膜でできた散乱体を基板２４中に埋め込むように形成する。つぎに図３４（ｂ）のように、イオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用い、散乱体の部分を斜めに削る。
【００４３】
また、前記の異なる材料どうしの境界面が基板表面に対し実質的に垂直である場合、イオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用いて散乱体の部分を斜めに削ることに替えて、図３５に示すように、近接場光が発生する頂点近傍の材料の部分２６２を残して、残りの部分２６１のみを、ＲＩＥなどの選択エッチングによりエッチングしても良い。
【００４４】
図３６に、導波路終端に散乱体を形成したプローブの作製方法を示す。この実施例では、散乱体の形状は長方形とした。まず、基板３６０上に、散乱体の材質でできた部分３６１と導波路の材質で出来た部分３６２の２層で構成された細線を形成する（図３６（ａ））。このとき、散乱体の材質でできた部分３６１の厚さｔ５は長方形の長辺の長さＬ４に等しくなるようにし、細線の長さＬ６は作製する散乱体の厚さより大きくなるようにする。本実施例では、基板の材質をガラス、散乱体の材質を金、導波路の材質を不純物を拡散させたガラスにし、厚さｔ５は１５０ｎｍ、細線の長さＬ６は５００ｎｍとした。つぎに、図３６（ｂ）に示すように、細線を覆うように導波路３６３を形成した後、図３６（ｃ）中の矢印の方向に研磨する。このとき、細線の長さが散乱体の厚さｔ１に等しくなる点で、研磨を止める。最後に図３１で示した方法により、近接場光が発生する点３６以外の表面を、イオンミリングなどの異方性エッチングにより削る。なお、三角形の形状をした散乱体を作製するために、上記の細線の形状を三角柱にしても良い。
（実施例９）
実施例９は、応用装置について説明する。図３７に、上記の近接場光プローブを近接場光学顕微鏡に応用した例を示す。ここでは、散乱体を原子間力顕微鏡のカンチレバの先端に形成したプローブを用いた例を示す。試料９１０は基板９１１の上に置き、その表面に、上記の近接場光プローブ９０１を近づけた。レーザー９０６から出射した光はレンズ９１６によりコリメートされ、ビームスプリッタ９０５を通過後、対物レンズ９０４に入射するようにした。光は対物レンズにより集光され金属の微小構造部で収束する。プローブからの光は、対物レンズ９０４により集光され、検出器９０７で検出されるか、もしくは試料の反対側に置かれた対物レンズ９１２により集光され、検出器９１３で検出されるようにした。試料をピエゾ素子９０８を使い水平方向に走査させると、試料表面で発生する散乱光強度が変化する。この変化を記録することにより、試料の像を得た。ここで、試料からの信号の偏光方向が、入射光の偏光方向と異なっている場合、偏光子９１７、９１８を光路中に起き（レーザーが直線偏光の場合偏光子９１８のみで良い）、偏光子９１８の偏光方向が入射光の偏光方向に対し直角になるようにすると、コントラストを向上させることができる。また、上記散乱体の近接場光が発生する頂点近傍に発光物質を形成した場合は、検出器の前にバンドパスフィルターを置き、発光のみを検出できるようにする。
【００４５】
上記プローブ先端と試料表面の間隔は近接場光のしみ出し深さである数１０ ｎｍ以内にする必要があるが、その間隔はプローブ先端と試料表面の間に働く原子間力を測定することにより制御する。すなわちプローブを数ｎｍ以内の振幅でピエゾ９０９を使い縦方向に振動させ、その振幅が一定になるようにプローブ先端と試料表面の間隔を制御する。振幅の変化の測定は、レーザー９０６から出射した光とは別の光をカンチレバーの上面９０２に当て、そこからの反射光をＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）で検出することにより行う。
【００４６】
上記近接場プローブの記録／再生装置への応用例を図３８に示す。散乱体と記録媒体の間隔が数１０ｎｍ以下になるよう保ちながら、高速に走査させるため、散乱体はスライダ７０２上に形成され、そこに、光源、検出器等を搭載した光ヘッド７０３からの光を入射させた。本実施例では、スライダ中に集光素子を集積化し、スライダには並行光を入射させるようにした。光ヘッドはキャリッジアクチュエーター７０４を用いて、ディスクの半径方向に動かされるようにした。光ヘッド内部の光学系は図３８（ｂ）のように構成した。光源には半導体レーザー７０８を用い（波長７８０ｎｍ、出力３０ｍＷの半導体レーザーを用いた）、出射光をコリメーターレンズ７０９、ビーム整形プリズム７１０を用いて円形の平行ビームにした。このビームはビームスプリッタ７１２、ミラー７１４を通過後、近接場光プローブ７０２に入射するようにした。トラッキングのため近接場光プローブの位置を微調整するためには、圧電素子７１１を用いた。プローブ７０２はサスペンション７０５に取り付けられていて、このサスペンションの力によりディスク７０１に押し付けられるようにした。本実施例では光ディスク７０１には相変化媒体を用い、記録マークは、近接場プローブにより発生した近接場光により結晶相をアモルファス相に変化させることにより形成した。再生は、ディスクから戻ってくる光の強度変化を検出することにより行った。すなわち、近接場光がディスクにより散乱される割合が、記録マークの有無により変化するので、その散乱光の強度変化を検出することにより行う。実際には、ディスクからの光（信号光）をビームスプリッタ−７１２により入射光と分離し、集光レンズ７１５を通過させた後、検出器７１７で検出した。ここで、ディスクからの信号光の偏光方向が、入射光の偏光方向と異なっている場合、偏光子７１６を光路中に起き、偏光子７１６の偏光方向が入射光の偏光方向に対し直角になるようにすると、コントラストを向上させることができる。
【００４７】
上記記録／再生装置へ応用する場合、図３９に示すように、散乱体は、散乱体の近接場光が発生する頂点２２の接線方向３３２とトラックに平行な方向３３１が直交するように配置するのが好ましい。なぜなら、図５および図１５に示すように、近接場光強度分布は近接場光が発生する頂点２２の接線方向に伸びた形状をしている。記録／再生装置では、トラッキングサーボを容易にするためには、記録マークの形状はトラック方向に垂直な方向に長い方が好ましい。したがって、そのようなマークを記録するためには、散乱体は、散乱体の近接場光が発生する頂点２２の接線方向３３２とトラックに平行な方向３３１が直交するように配置するのが好ましい。
【００４８】
上記の記録／再生装置において、媒体には磁気媒体を用いても良い。図４０に磁気媒体用ヘッドの例を示す。散乱体２１はスライダ４０７の表面に形成し、散乱体２１周辺に磁界印加用コイル４０５を形成した。光源である半導体レーザ４０１はスライダ上に形成し、そこから発生する光はコリメートレンズ４０２、ミラー４０３および集光レンズ４０４を通過後、散乱体２１に入射するようにした。なお、上記の記録／再生装置において、再生には磁気再生ヘッドを用いても良い。磁気再生ヘッドを用いることにより、光検出用の光学系が不要になるため装置を小型化することが可能になる。図４０の実施例では、散乱体の近くにＧＭＲ素子４０６を設置した。
【００４９】
上記の磁気媒体を用いた記録／再生装置において、磁界印加素子として、磁気記録装置で使用される記録ヘッドを用いても良い。図４１（ａ）にその実施例を示す。この実施例では、磁極４１２に接するように導波路４１１を形成し、その先端に散乱体２１を形成した。光源である半導体レーザ４０１はスライダ上に形成し、そこから発生する光はコリメートレンズ４０２、ミラー４０３および集光レンズ４０４を通過後、導波路４１１に入射するようにした。再生はＧＭＲ素子４０６で行うようにした。図４１（ｂ）に、散乱体周辺の拡大図を示す。この実施例では、散乱体の形状は長方形とし、長方形の長辺の長さＬ４は１００ ｎｍ、短辺の長さＬ５は２０ｎｍ、厚さｔ１は４０ ｎｍ、削る深さｄは１０ ｎｍとした。光照射により温度が上昇する領域と磁界が印加される領域は重なる必要があるため、近接場光が発生する点３６と磁極４１２はできるだけ近い方が良く、本実施例では５ ｎｍとした。導波路先端の径Ｗ４は３００ ｎｍとした。
【００５０】
上記近接場プローブは、光リソグラフィ用の露光装置へ応用することも可能である。図４２（ａ）、（ｂ）にその実施例を示す。加工する基板３４２上にフォトレジスト３４１を塗布し、そこに散乱体２１を有するプローブを近づける。ここにフォトレジストを感光させる光を入射させると頂点２２に強い近接場光が発生し、その部分のフォトレジストが感光される。ここで、入射光の波長は、レジストが感光し、かつプラズモン共鳴が励起される波長にすると好ましい。本実施例では、散乱体２１の材質をアルミにし、波長４４２ｎｍの光を入射させた。このように本発明のプローブを用いれば、数１０ｎｍ以下の寸法を持つ微細なパターンの露光を高速に行うことが出来る。
【００５１】
なお、本願発明は以下の構成を包含する。
１．光源と、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、前記散乱体上の近接場光が発生する１つの頂点以外の部分の表面が削られた近接場光発生装置を用いた記録または再生装置。
２．上記１記載の記録または再生装置であって、前記散乱体の近接場光が発生する頂点の接線方向が記録トラックの方向と直交するように配置されている。
３．光源と、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、前記散乱体上の近接場光が発生する１つの頂点以外の部分の表面が削られた近接場光発生装置を用いた近接場光学顕微鏡。
４．光源と、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、前記散乱体上の近接場光が発生する１つの頂点以外の部分の表面が削られた近接場光発生装置を用いた露光装置。
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ， Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．９，
ｐ１９７４−１９８３， １９９５
【００５２】
【発明の効果】
散乱体を用いたプローブで、強い近接場光が発生する点以外の部分で発生する近接場光の影響を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の近接場光発生装置の形状を示す図で、（ａ）断面図、（ｂ） 斜視図。
【図２】散乱体からの距離と近接場光強度の関係を示す図。
【図３】本発明の近接場光発生器の形状を示す断面図で、（ａ）散乱体周辺部、（ｂ）全体図。
【図４】散乱体の形状を示す図で、（ａ）三角形の散乱体、（ｂ） 円または楕円の散乱体、（ｃ）長方形の散乱体。
【図５】散乱体近傍の近接場光強度分布を示す図で、 （ａ） 従来の近接場光発生装置の分布、（ｂ）本発明の近接場光発生装置の分布。
【図６】頂点部以外の部分の表面が削られた三角形の散乱体の共鳴特性を示す図。
【図７】頂点部以外の部分の表面が削られた散乱体を示す図。
【図８】削る部分と削らない部分の境界面が曲面になった散乱体の断面図。
【図９】削る部分と削らない部分の境界面が曲面になった散乱体の斜視図で、（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合。
【図１０】削る部分を斜めに削った散乱体の断面図。
【図１１】削る部分を斜めに削った散乱体の斜視図で、（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合。
【図１２】従来の平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置したときの断面図。
【図１３】平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側もしくは両側の面の頂点を斜めに削った場合の断面図で、（ａ）片側を削った場合、（ｂ）両側を削った場合。
【図１４】平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側の面の頂点を斜めに削った場合の斜視図で、（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合。
【図１５】三角形の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側の面の頂点を斜めに削った場合の近接場光強度分布を示す図。
【図１６】平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側もしくは両側の面の頂点を階段状に削った場合の断面図で、（ａ）片側を削った場合、（ｂ）両側を削った場合。
【図１７】第一の散乱体近傍に第二の散乱体を形成した時の形状を示す断面図で、（ａ）第二の散乱体の表面を削らない場合、（ｂ）第二散乱体表面を削った場合。
【図１８】表面を削った三角形の散乱体を２つ並べて配置した場合を示す図。
【図１９】ＸＹ（平面）方向に比べてＺ軸（厚さ）方向に延伸させた散乱体を示す図。
【図２０】半球または半楕円体の散乱体先端部周辺を削った場合を示す図で、（ａ）先端部周辺を削った場合、（ｂ）先端部に突起を形成した場合。
【図２１】散乱体の磨耗を防ぐ手段を示した図で、（ａ）近接場光が発生する頂点近傍に補強用の膜を形成する場合、（ｂ）散乱体を基板表面に埋め込む場合、（ｃ）散乱体周辺にパッドを形成する場合。
【図２２】散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置する場合の散乱体の磨耗を防ぐ手段を示した図で（ａ）近接場光が発生する頂点近傍に補強用の膜を形成する場合、（ｂ）近接場光が発生する頂点と基板表面が実質的に同一平面上にある場合、（ｃ） 散乱体を基板表面に埋め込む場合。
【図２３】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体を試料または記録媒体に平行に配置したものの断面図で、（ａ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に平行になるようにした場合、（ｂ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に垂直になるようにした場合。
【図２４】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体を試料または記録媒体に垂直に配置したものの断面図で、（ａ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に平行になるようにした場合、（ｂ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に垂直になるようにした場合。
【図２５】削った部分を散乱体とは異なる材料で埋めたものを示す図で、（ａ） 散乱体を試料または記録媒体に対し平行に配置した場合、（ｂ） 散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置した場合。
【図２６】散乱体周辺に遮光膜を形成したものを表す図で、（ａ）散乱体の形状が三角形の場合、（ｂ） 散乱体の形状が楕円の場合。
【図２７】光スポットと散乱体の位置関係を表す図で、（ａ） 光の中心位置が散乱体の中心に実質的に一致した場合、（ｂ） 入射光の中心位置が近接場光が発生する頂点に実質的に一致した場合。
【図２８】散乱体が集光素子または導波路の端面に形成されたものを示す図で、（ａ）Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ、（ｂ）フレネルレンズ、（ｃ）凸レンズ、（ｄ）導波路の終端に形成されたもの。
【図２９】散乱体が共振器または半導体レーザーの端面に形成されたものを示す図で、（ａ）共振器、（ｂ）面発光レーザの端面に形成されたもの。
【図３０】散乱体が円錐または多角錐の突起の頂点に形成された平坦な部分に形成されたプローブを示す図で、（ａ）側面が遮光膜で覆われていないもの、（ｂ）側面が遮光膜で覆われたもの。
【図３１】散乱体の面と試料または媒体面が実質的に平行であるプローブの作製方法を示す図で、（ａ）埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３２】散乱体の面と試料または媒体面が実質的に垂直であるプローブの作製方法を示す図で、（ａ）埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３３】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体の作製方法を示す図（異なる材料どうしの境界面と基板表面が実質的に平行になる場合）で、（ａ）２層の埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３４】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体の作製方法を示す図（異なる材料どうしの境界面と基板表面が実質的に垂直になる場合）で、（ａ）２層の埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３５】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体の作製方法を示す図で、（ａ）２層の埋め込みパターン形成工程、（ｂ）選択エッチング工程。
【図３６】導波路の終端に散乱体を形成する方法を示す図で、（ａ）細線形成工程、（ｂ）導波路形成工程、（ｃ）研磨工程、（ｄ）エッチング工程。
【図３７】本発明のプローブの近接場光学顕微鏡への応用例を示す図。
【図３８】本発明のプローブの近接場記録／再生装置への応用例を示す図で、（ａ）全体図、（ｂ）光学系を示す図。
【図３９】散乱体の方向とトラックの方向の関係を示す図で、散乱体の形状が（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合、（ｄ）長方形の散乱体を記録媒体に対して垂直に配置した場合。
【図４０】磁気媒体用記録ヘッドを示す図で、磁界印加コイルの中心に散乱体を設置した場合。
【図４１】磁気媒体用記録ヘッドを示す図で、磁気記録ヘッド近傍に散乱体を設置した場合。
【図４２】本発明のプローブの露光装置への応用例を示す図で、（ａ） 散乱体を記録媒体に対して平行に配置した場合、（ｂ） 散乱体を記録媒体に対して垂直に配置した場合。
【図４３】従来の平面金属散乱体を用いたプローブを示す図で、（ａ）散乱体が１つの場合、（ｂ）２つの散乱体を組み合わせた場合。
【図４４】本発明のプローブ構造を示す図。
【符号の説明】
１１ 三角形の形状をした平面状の散乱体
１２、１０３、１７２、１８１、１９１、２０２ 近接場光が発生する頂点
１３ 近接場光が発生する頂点の他端側の頂点
１４、２４、９１１ 基板
試料または記録媒体
１７、集光素子
１８ コリメートレンズ
２１ 平面状の散乱体
２２ 近接場光が発生する頂点
２３ 近接場光が発生する頂点の他端側の頂点またはエッジ
２５ 近接場光
２６ 削った部分
２７ 試料または記録媒体
２８ 基板側から入射する場合の光の入射方向
２９ 基板の反対側から入射する場合の光の入射方向
３０ 削った平面と削らない部分の境界面
３１ 楕円の形状をした平面状の散乱体
３２ 近接場光が発生する楕円の一頂点
３３ 近接場光が発生する頂点の他端側の頂点
３４、３８ 削る部分
３５ 長方形の形状をした散乱体
３６ 近接場光が発生する辺
３７ 近接場光が発生する辺の他端側の辺
１０１ 一方の面上にある近接場光が発生する頂点
１０２ もう一方の面上にある近接場光が発生する頂点
１１１ 横から入射させる場合の光の入射方向
１１２ 斜めに入射させる場合の光の入射方向
１５１ 第二の散乱体
１５２ 第一の散乱体に一番近い第二の散乱体のエッジまたは頂点
１５３ 他端側のエッジまたは頂点
１５４ 二つの散乱体の間のギャップ
１７１ 半球または半楕円体の散乱体
１７３、１７４ 微小な突起
１８２、１９２ 基板表面
１８３ パッド
１８４、１９３ 補強用の膜
２０１ 材料が変わった部分
２０３ 材料が変わっていない部分
２０４ 異なる材料どうしの境界面
２２１ 削った部分に散乱体と異なる材料の物質を埋め込んだ部分
２３１ 光スポット
２４１ 遮光膜
２４２ 散乱体と遮光膜の間の部分
２６１ 散乱体
２８１ ソリッドイマ―ジョンレンズ
２８２ 対物レンズ
２８３ 入射光
２８４ フレネルレンズ
２８５ 凸レンズ
２８６ 導波路
２９１ 共振器
２９２ 反射膜
２９３ 面発光レーザ
円錐または多角錐の突起の先端に形成された平坦な面
円錐または多角錐の突起の側面
３６１ 散乱体の材質でできた部分
３６２ 導波路の材質でできた部分
３６３ 導波路
４０１ 半導体レーザ
４０２ コリメートレンズ
４０３ 反射プリズム
４０４ 集光レンズ
４０５、４１３ 磁気コイル
４０６ スライダ
４１１ 導波路
４１２ 磁極
４１４ シールド
９０１ 近接場光プローブ
９０２ カンチレバの裏面
７１５，９０４、９１２ 集光レンズ
７１２、９０５ ビームスプリッタ
９０６ 半導体レーザ
９０７、９１３ 検出器
９０８ 走査用ピエゾ素子
９０９ 振動用ピエゾ素子
９１０ 試料
９１６、７０９ コリメートレンズ
７０１ 記録ディスク
７０２ スライダ
７０３ 光学系
７０４ アクチュエータ
７０５ サスペンション
７０８ 半導体レーザー
７１０ ビーム整形プリズム
７１１ 圧電素子
７１４ ミラー
７１６ 偏光子
７１７ 光検出器
３３１ トラックと平行な方向
３３２ 近接場光が発生する頂点における接線方向
３３３ トラック
３４１ フォトレジスト
３４２ 加工する基板
３５１ 平面状金属パターン
３５２ 頂点
３５３ ２つの頂点間。
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光を発生させる近接場光発生プローブ及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、平面金属散乱体を用いたプローブが提案されている。これは、図４３に示すように、三角形の形状をした平面状金属散乱体３５１を平面基板上に形成したプローブである。ａ）には、金属散乱体３５１を１つ形成したプローブを、ｂ）には、金属散乱体３５１を２つ形成したプローブを示す。Ｘ方向に偏光した光を入射させると、頂点３５２に局在した近接場光が発生する。特に、入射光の波長をプラズモンの共鳴に合せることにより非常に強い近接場光を発生させることが出来る（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ６ｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， Ａｕｇ． ２７−３１， ２０００， ｐ５５）。ａ）では、金属散乱体３５１の頂点３５２から、近接場光が発生し、ｂ）では、金属散乱体３５４を２つ、それぞれの頂点の間隔が数１０ｎｍ以下になるように配置され、頂点間３５３に局在した近接場光が発生する。なお、本明細書で近接場光とは、局在した光、すなわち波数が虚数成分を持つ光をいう。
【非特許文献１】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ６ｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， Ａｕｇ． ２７−３１， ２０００， ｐ５５
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の三角形の形状をした平面状の散乱体を用いたプローブは、非常に高い近接場光発生効率を実現することが可能である。このプローブでは、光の振動数と金属中に発生するプラズモンの共鳴周波数を一致させると非常に高い効率が得られる。
【０００４】
しかし、上記のような平面状の散乱体を用いる場合、近接場光が発生する頂点以外の部分にも弱い近接場光が発生してしまう。例えば、図１に示すような三角形の形状をした散乱体を用いる場合、プラズモン共鳴を発生させるためには散乱体の長さ（Ｌ１）は光波長以下にすることが好ましい。このとき、強い近接場光が発生する頂点１２以外の頂点１３も励起用の光スポットの中に入る。その結果この頂点１３にも弱い近接場光が発生してしまう。このように、頂点１３にも近接場光が発生すると、試料観察や記録マークを再生する場合、そこから発生する散乱光がノイズとして検出されてしまう。
【０００５】
本発明は、散乱体を用いたプローブで、強い近接場光が発生する点以外の部分で発生する近接場光の影響を小さくすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の構成とすることによって達成される。即ち、散乱体を１の箇所で近接場光を発生させるようにし、この１の箇所以外の表面と試料（または媒体）との間隔が近接場光が発生する１の箇所と試料（または媒体）との間隔よりも大きくなるように、近接場光が発生する１の箇所以外の厚さを薄くした。この時、近接場光が発生する１の箇所以外の表面と試料（または媒体）との間隔が近接場光のしみ出し深さ以上になるように薄くすると良い。ここで、近接場光強度のしみ出し深さとは光強度が散乱体表面での強度の１／２となる距離と定義する。図２に示すように、近接場光強度は散乱体表面から離れると減少し、しみ出し深さは、通常２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。近接場光が発生する１の頂点以外の表面と試料（または媒体）との間隔が近接場光のしみ出し深さ以上になるように薄くすると、近接場光が発生する１の頂点以外の部分で発生する近接場光は試料または媒体に到達しなくなる。したがって、近接場光が発生する１の頂点以外で発生する近接場光により発生するノイズ成分を小さくすることができる。散乱体は、その散乱体の面の方向と試料または記録媒体の面の方向とが実質的に平行になるように配置されることとなるが、ここで、散乱体の面の方向とは薄くする前の状態で考えた散乱体の面の方向を言う。また実質的に平行とは、散乱体の面と試料または記録媒体表面とのなす角が１０度以内であることを言う。なお、頂点とは、第１の線（辺）と第２の線（辺）が現実に交差する点のみならず、所定の曲率を有する場合も含まれる。
【０００７】
上記の散乱体は、曲率半径が入射光の波長より小さな頂点を持ち、その頂点に向かい幅が徐々に小さくなった平面状の散乱体（例えば、平面状の三角形または扇形、台形の散乱体）にする。これら散乱体の幅が狭くなった部分にある頂点近傍を除いて表面を削る。光源からの光を散乱体に入射させると、幅が狭くなった部分の頂点に、散乱体中の電荷が集中し、その結果、前記頂点近傍に強い近接場光が発生する。特に、プラズモン共鳴が発生するように入射光の波長、散乱体の材質、長さなどを調整すると、幅が狭くなった部分にある頂点近傍に非常に強い近接場光が発生する。このとき頂点の他端側のエッジにも弱い近接場光が発生するが、この部分は試料または媒体から離れているため、試料または媒体に到達しない。
【０００８】
上記の散乱体は、１つの頂点を除いて表面を削った平面状の円または楕円または長方形の形状をした散乱体であっても良い。楕円の場合、長軸方向に偏光した光を入射させると、プラズモン共鳴が発生し、長軸上にある２つの頂点に強い近接場光が発生するが、片側の表面を削ることにより、そこで発生する近接場光が試料または記録媒体に到達することを防ぐことが出来る。
【０００９】
上記削る部分は、例えば削った面が散乱体の削る前の状態の面に対し実質的に水平になるように削り、削った面と削らない部分の境界部は斜めになるように削る。ここで実質的に水平とは、削った面と散乱体の面のなす角が１０度以内であることを言う。
【００１０】
上記散乱体は、平面状の散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が実質的に垂直になるように配置しても良い。ここで実質的に垂直とは、散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が、８０度以上９０度以下になることを言う。
【００１１】
なお、試料または媒体に対しほぼ平行に散乱体を設置した場合には、平面状とは、Ｚ軸（厚さ）方向に比べてＸＹ（平面）方向に延伸しているとの意味である。一方、試料または媒体に対しほぼ垂直に散乱体を設置した場合には、平面状とは、Ｚ軸（平面）方向に比べてＸＹ（厚さ）方向に延伸しているとの意味である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の近接場光発生器は、図３に示すように、頂点２２に強い近接場光２５が発生する平面状の散乱体２１とそれを支持する基板２４から構成される。前記平面状の散乱体は、散乱体の面の方向と試料または記録媒体２７の面の方向とのなす角が実質的に平行になるように配置され、前記散乱体の表面は、強い近接場光が発生する頂点２２近傍以外の部分（他端側の頂点もしくはエッジ２３の周辺２６）において、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように、削り取られている。言い換えれば、前記散乱体の表面は、近接場光を発生させたい頂点２２近傍以外の部分（他端側の頂点もしくはエッジ２３の周辺２６）において、近接場光のしみ出し深さ以上の距離ｄだけ記録媒体２７に対して離間している。光源１９からの光を集光素子１７を通して散乱体２１に入射させると、頂点２２に強い近接場光が発生するが、このとき頂点２２の他端側２３にも弱い近接場光が発生する。しかし、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上であるであるため、他端側２３近傍で発生する近接場光は試料または記録媒体２７に到達しない。すなわち、試料または記録媒体２７表面で測定した光強度は、他端側２３近傍において無視できる程小さくなる。なお、本明細書では、頂点とは、第１の線（辺）と第２の線（辺）が現実に交差する点のみならず、所定の曲率を有する場合も含まれる。また、光は矢印２９の方向から入射させても良い。図３では、散乱体がｄだけ薄くなった場合を示したが、図４４に示す通り、散乱体の近接場光を発生させる頂点２２近傍以外の部分について、近接場光のしみ出し深さ以上の距離だけ試料（または媒体）２７に対し離間させるようにしても良い。
【００１３】
散乱体の材質は、金属（例えば金、銀、銅、アルミ、マグネシウム、チタン、クロム）や半導体（例えばＳｉ、ＧａＡｓ）などの導電性のあるものにする。散乱体が形成される基板は、光透過性のあるもの（ここでは透過率が７０％以上あるものと定義する）であると好ましい。なぜなら、基板を通して光を入射させる（すなわち図３中矢印２８の方向に入射させる）ことが出来るためである。例えば、散乱体を形成する基板の材質はＳｉＯ２やサファイア、ＧａＮなどにする。
【００１４】
上記の散乱体は、曲率半径が入射光の波長より小さな頂点を持ち、その頂点に向かい幅が徐々に小さくなった平面状の散乱体（例えば、平面状の三角形、扇形、台形）にする。図４（ａ）に形状が三角形の場合の実施例を示す。この実施例では、頂点１２以外の部分を、削った面が散乱体の面に対し実質的に水平になるように削り、削る部分と削らない部分の境界部３０は斜めになるように削った。光源からの光を、偏光方向が図中のｘ方向を向くように入射させると、散乱体１１中の電荷が偏光方向と同一方向に振動し、頂点１２に集中する。その結果、頂点１２近傍に強い近接場光が発生する。特に、プラズモン共鳴が発生するように入射光の波長、散乱体の材質、長さＬ１などを調整すると、頂点１２近傍に非常に強い近接場光が発生する。このとき頂点１３近傍にも近接場光が発生するが、その周辺１６が、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削られているため、試料または媒体表面までその近接場光は到達しない。なお、境界部３０の傾き（図３中θ２）は、大きすぎると境界部３０により散乱体中の電子の振動が妨げられ、頂点２２に発生する近接場光強度が低下してしまう。境界部３０の傾きθ２は６０度以下にするのが好ましい。
【００１５】
図５に、三角形の形状をした散乱体近傍の近接場光強度分布を示す。これは、Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ， Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．９， ｐ１９７４−１９８３， １９９５， （和名）ジャーナルオブオプティカルソサエティオブアメリカＡ１）を用いて求めた。図５（ａ）が表面を削らない場合、図５（ｂ）が表面を削った場合を示す。散乱体の材質は金とし、散乱体は空気中に置かれているとした。頂点１２の曲率半径は２０ｎｍ、厚さｔ１は３０ｎｍ、頂点１２の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは５ｎｍ、削る部分と削らない部分の境界部分３０の傾きθ２は３０度とした。光波長は７８０ｎｍで、観測面は頂点１２から５ｎｍ離れた面内とした。強度の値は、近接場光強度と入射光強度との比を表す。この図に示すように、表面を削ることにより、頂点１３近傍の強度を小さくすることが出来た。なお、表面を削ることにより、光スポットの大きさ（近接場光の広がり）も小さくなった。これは、頂点１２近傍の散乱体が削られたため、その部分に発生する近接場光（図５（ａ）中Ａ）が試料または媒体に到達しなくなったためと考えられる。図６に頂点１２に発生する近接場光強度（観測面は頂点１２から２ｎｍ離れた位置）の光波長依存性を示す。この図に示すように、波長７００ｎｍ付近でプラズモン共鳴が発生し、近接場光強度が最大となる。
【００１６】
上記の散乱体の形状は、１つの頂点近傍を除いて表面を削った平面状の円または楕円であっても良い。図４（ｂ）にその例を示す。この実施例では、頂点３３周辺を水平に削り、削る部分と削らない部分の境界部３０は斜めになるように削った。この散乱体に、偏光方向がＸの方向になるように光を入射させると頂点３２およびその反対側の頂点３３に近接場光が発生する。ただし、頂点３３の周辺３４は、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削られているため、頂点３３近傍に発生する近接場光は試料または媒体表面まで到達しない。
【００１７】
上記頂点３２に強い近接場光を発生させるためには、形状を楕円にし、頂点３２は楕円の長軸上の１点とし、入射光の偏光方向を長軸に平行な方向にするのが好ましい。特に、楕円の長軸長Ｌ２と短軸長Ｌ３、散乱体の材質、および光波長などを調整することによりプラズモン共鳴を励起すると、非常に強い近接場光を発生させることが出来る。本実施例では、散乱体の材質を金、長軸長Ｌ２を１００ｎｍ、短軸長Ｌ３を４０ｎｍ、厚さｔ１を３５ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。なお、光スポットの大きさは、短軸長Ｌ３が小さい程小さくなる。したがって、図７（ａ）に示すように、短軸長Ｌ３が厚さｔ１より小さくなるようにしても良い。図７（ａ）の実施例では、散乱体の材質を金、長軸長Ｌ２を１００ｎｍ短軸長Ｌ３を１０ｎｍ、厚さｔ１を４０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとした。
【００１８】
上記散乱体の形状は、１つの辺近傍を除いて表面を削った直方体であっても良い。図４（ｃ）にその例を示す。この実施例では、辺３７周辺を水平に削り、削る部分と削らない部分の境界部３０は斜めになるように削った。この散乱体に、偏光方向がＸの方向になるように光を光を入射させると、辺３６およびその反対側の辺３７近傍に近接場光が発生する。ただし、辺３７の周辺部３８は、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削られているため、辺３７近傍に発生する近接場光は試料または媒体表面まで到達しない。
【００１９】
上記辺３６に強い近接場光を発生させるためには、辺３６は短辺とすることが好ましく、そのとき入射光の偏光方向は長辺に平行な方向（図４（ｃ）中Ｘ方向）にするのが好ましい。特に、長辺の長さＬ４と短辺の長さＬ５、および光波長を調整することによりプラズモン共鳴を励起すると、非常に強い近接場光を発生させることが出来る。本実施例では、長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を４０ｎｍ、厚さｔ１を３５ｎｍ、削る深さｄを５ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。なお、光スポットの大きさは、短辺の長さＬ５が小さい程小さくなる。したがって、図７（ｂ）に示すように、短辺の長さＬ５が厚さｔ１より小さくなるようにしても良い。図７（ｂ）の実施例では、散乱体の材質を金、長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を１０ｎｍ、厚さｔ１を４０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとした。
【００２０】
上記削る部分（図３中２６）は、図８および図９に示すように、削った面と削らない部分の境界３０が曲面となるように削っても良い。細かな凹凸のある試料を測定する場合は、このように削ることにより、近接場光が発生する頂点２２が凹んだ部分の中に入り込みやすくなる。したがって、より正確に試料形状を測定することが可能になる。
【００２１】
上記削る部分（図３中２６）は、図１０に示すように、削った部分の表面が散乱体の面に対し斜めになるように削っても良い。強い近接場光が発生する頂点２２の他端側の頂点もしくはエッジ２３の部分で削る深さｄは、近接場光のしみ出し深さ以上になるようにする。このように削ることで、頂点２２の突き出た部分の機械的強度を強くすることが出来る。図１１に、散乱体の形状を三角形、楕円、長方形とした場合の例を示す。図１１（ａ）に示すような三角形の場合、散乱体の材質を金、頂点１２の曲率半径は２０ｎｍ、厚さｔ１は４０ｎｍ、頂点１２の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは１０ｎｍ、光波長は７８０ｎｍとした。図１１（ｂ）に示すような楕円の場合、散乱体の材質を金、長軸長Ｌ２を１００ｎｍ短軸長Ｌ３を４０ｎｍ、厚さｔ１を４０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。図１１（ｃ）に示すような長方形の場合、長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を４０ｎｍ、厚さｔ１を３５ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。
【００２２】
上記散乱体は、散乱体の面が試料（または記録媒体）の面に対して傾くように配置しても良いし、散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が実質的に垂直になるように配置しても良い。ここで実質的に垂直とは、散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角が、８０度以上９０度以下になることを言う。図１３に散乱体の面と試料または記録媒体の面のなす角を実質的に垂直にした場合の実施例を示す。図１３（ａ）の実施例では、散乱体の２つの面のうち、一方の面上にある近接場光が発生する頂点１０２近傍以外の部分を、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削った。（このとき光は矢印１１１に示すように横から入射させても良いし、矢印１１２のように斜めに入射させても良い。）なお、本願明細書で、散乱体の平面状の方向を媒体や試料に対しほぼ垂直に配置した場合について、散乱体の厚さとは、近接場光を照射される試料（媒体を含む）に対し垂直方向の厚さをいう。従って、図１３の実施例では、ｄに示す方向が厚さとなる。図１３（ｂ）の実施例では、片方の面上にある近接場光が発生する頂点１０１とそれと反対側の面上にある近接場光が発生する頂点１０２の間にある頂点１０３近傍を除いて、削る深さｄが近接場光のしみ出し深さ以上になるように削った。もしこのように削らない場合、図１２に示すように、散乱体の片面（右面）とその反対側の面（左面）のそれぞれの頂点１０１、１０２に近接場光が発生するので分解能が低下してしまう。上記のように頂点部を削れば、片側１０２（片側のみを削った場合）もしくは頂点１０３（両側を削った場合）に発生する近接場光のみが試料または媒体に到達する。したがって、分解能が向上する。
【００２３】
図１４に実際の散乱体の形状を示す。図１４（ａ）の実施例では散乱体の形状を三角形にした。散乱体の材質は金、頂点９１の幅ｗａは１０ｎｍ、幅ｔ１は３０ｎｍ、頂点９１の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは１０ｎｍ、光波長は６３５ｎｍとした。この時の近接場光強度分布を図１５に示す。この分布は、ＦＤＴＤ法により計算した。この強度分布は頂点１０１から２ｎｍ離れた面で測定した。強度の値は、入射光強度との比を表す。この図に示すように、頂点１０１側に強い近接場光が発生した。図１４（ｂ）の実施例では、散乱体の形状を楕円にした。散乱体の材質が金、長軸の長さＬ２は１００ｎｍ、短軸の長さは４０ｎｍ、幅ｔ１は３０ｎｍ、削る深さｄは１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。図１４（ｃ）の実施例では、散乱体の形状を長方形にした。長辺の長さＬ４を１００ｎｍ、短辺の長さＬ５を４０ｎｍ、幅ｔ１を３０ｎｍ、削る深さｄを１０ｎｍとし、入射光の波長は６３３ｎｍにした。
【００２４】
図１６（ａ）（ｂ）に、上記先端部の削る部分を階段状にした例を示す。例えば、削る深さｄが１０ｎｍ、幅ｔ１が３０ｎｍ、先端の幅ｔ２が５ｎｍになるように削る。細かな凹凸のある試料を測定する場合は、このように削ることにより、先端部１０２または１０３が凹んだ部分の中に入り込みやすくなる。したがって、より正確に試料形状を測定することが可能になる。
【００２５】
図１７に、近接場光強度をさらに強くするために、上記散乱体の近接場光が発生する頂点２２近傍に導電性のある第二の散乱体１５１を形成した場合を示す。ここで、第一の散乱体の近接場光が発生する頂点２２と第二の散乱体の間隔（Ｇ）を光波長より小さくすると、頂点２２に集まる電荷と第二の散乱体中の電荷が互いに相互作用することにより、２つの散乱体の間１５４に強い近接場光が発生する。
【００２６】
第二の散乱体の表面は、第一の散乱体に最も近い点１５２の他端側の点またはエッジ１５３が入射光スポット内にないときは、必ずしも第一の散乱体と同様に削る必要はない（図１７（ａ））。しかし、第一の散乱体に最も近い点１５２の他端側の点またはエッジ１５３が入射光スポット内あるときは、図１７（ｂ）に示すように、第一の散乱体と同様に、第一の散乱体に最も近い点１５２近傍を除いて表面を削ることが好ましい。
【００２７】
第一と第二の散乱体の形状は、必ずしも同一にする必要はない。しかし、同一にすることにより、両方の散乱体中にプラズモン共鳴を同時に励起することが可能になり、より強い近接場光を２つの散乱体の間に発生させることが出来る。例として、図１８に三角形の形状をした二つの散乱体を２つ組み合わせた場合の形状を示す。Ｘ方向に偏光した光を入射させると、それぞれの散乱体中の電荷が頂点１２に集まり、互いに相互作用する。その結果２つの頂点間１５４に強い近接場光が発生する。本実施例では、散乱体の材質を金、頂点１２の曲率半径は２０ｎｍ、厚さｔ１は４０ｎｍ、頂点１２の頂角θ１は６０°、長さＬ１は１５０ｎｍ、削る部分の削る深さｄは１０ｎｍ、間隔Ｇは５ｎｍ、光波長は７８０ｎｍとした。
【００２８】
上記の散乱体は、図１９に示すように、厚さ方向（Ｚ軸方向）を大きくし、ＸＹ（平面）方向に比べてＺ軸（厚さ）方向に延伸するようにしても良い。このように厚さ方向を大きくすることにより、散乱体中に発生する熱が逃げやすくなる。したがって、入射光パワーの限界値（パワーが大きいと発熱により散乱体が破壊する）を大きくすることが出来る。本実施例では、散乱体の外周部の形状を三角形にし、頂点１２以外の表面部１６を削った。頂点１２とその他端側のエッジの距離Ｌ１は１５０ｎｍ、厚さｔ１は３００ｎｍ、削る深さｄは１０ｎｍとした。
【００２９】
上記の散乱体は、平面状の散乱体に替えて、直径が入射光の波長よりも小さい球もしくは半球、または長軸の長さが入射光の波長よりも小さい回転楕円体もしくは半回転楕円体の散乱体にしても良い。これら散乱体表面の近接場光が発生する１点以外の部分を削ると、近接場光が発生する点の曲率半径を小さくすることができるので、近接場光の広がりをより狭くすることが出来る。すなわち、分解能を向上させることができる。図２０にその例を示す。図２０ （ａ）の例では、基板２４上に半回転楕円体の形状をした散乱体を形成し、近接場光が発生する点１７２以外の部分を削った。この散乱体に偏光方向が試料または記録媒体面に垂直な方向（Ｚ方向）を向いた光を入射させると、点１７２近傍に局在した近接場光が発生する。半回転楕円体の高さｈ１は光波長以下とし、削る深さｄは、近接場光のしみ出し深さ以上とするのが好ましい。削った後に形成される突起１７３の根元の幅ａは小さい方が高い分解能が得られる。入射光の波長は、プラズモン共鳴が発生する波長にするのが好ましい。本実施例では、半回転楕円体の高さｈ１は１００ ｎｍ、幅ｂは４０ｎｍ、削る深さは１０ｎｍ、突起の根元の幅ａは１５ｎｍ、散乱体の材質は金とした。図２０（ｂ）の例では、１７２以外の部分を削ることに替えて、球の散乱体表面に微小な突起１７４を形成した。このように突起を形成しても、上記の削ったものと同様の効果が得られる。本実施例では、半回転楕円体の高さｈ１は１００ｎｍ、幅ｂは４０ｎｍ、突起の高さｄは１０ｎｍ、根元の幅ａは１５ｎｍ、散乱体の材質は金とした。
（実施例２）
実施例２は、散乱体の摩耗を防ぐための実施例を示す。
【００３０】
上記散乱体の面が試料または媒体面に実質的に平行に配置した平面状の散乱体を用いて凹凸のある試料を測定する場合、図３のように、散乱体は基板表面上に形成するのが好ましい。なぜなら、凹んだ部分に近接場光が発生する頂点２２が入り込み易いからである。ただし、この時、頂点２２は磨耗し易い。これを防ぐためには、図２１（ａ）に示すように、頂点１８１近傍の散乱体の側面を硬度の高い物質で覆うと良い。ここで、頂点１８１近傍とは、頂点１８１からの距離が５０ｎｍ以下である範囲と定義する。本実施例では、ガラス基板上に長さＬ１が１５０ｎｍ、角度θ１が６０度、厚さｔ１が３０ｎｍ、材料が金、形状が三角形、表面がｄ＝５ｎｍ削られた散乱体を形成し、散乱体側面のうち、頂点１８１からの距離が３０ｎｍ以下となる範囲内において、幅ｔ３が１０ｎｍのカーボンまたはダイアモンドまたはＳｉまたはＳｉＮの膜を形成した。
【００３１】
上記散乱体の面が試料または媒体面に実質的に平行に配置した平面状の散乱体を記録装置へ応用する場合は、図２１（ａ）のように散乱体を形成しても、記録媒体を高速に回転させるため、頂点１８１が磨耗してしまう。これを防ぐためには、図２１（ｂ）のように、散乱体２１が基板２４に埋め込まれるように形成するか、図２１（ｃ）のように、散乱体１８１の周辺に、パッド１８３を形成するのが好ましい。散乱体を基板に埋め込む場合は、図２１（ｂ）のように、近接場光が発生する頂点１８１と基板表面１８２が実質的に同一平面上にあることが好ましい。パッドを形成する場合は、近接場光が発生する頂点とパッド表面が実質的に同一平面上にあることが好ましい。ここで、実質的に同一平面上とは、高さの差が１０ｎｍ以内であることを言う。本実施例では、ガラス基板表面に長さＬ１が１５０ ｎｍ、頂角θ１が６０度、厚さｔ１が３０ｎｍ、材料が金、形状が三角形、表面がｄ＝５ｎｍ削られた散乱体が、図２１（ｂ）のように埋め込まれるように形成した。
【００３２】
（実施例３）
実施例３では、散乱体が試料や媒体面に対し垂直になるように配置した例を示す。
【００３３】
前記散乱体の面が試料または媒体面に垂直になるように配置した平面状の散乱体を用いて凹凸のある試料を測定する場合、図２２のように、近接場光が発生する頂点１９１は基板表面１９２から突き出るように形成するのが好ましい。なぜなら、凹んだ部分に頂点１９１が入り込み易いからである。ただし、上記のように頂点１９１を突出させるとき、散乱体が試料に接触し破壊され易い。これを防ぐためには、実施例２で説明したとおり、散乱体の側面を硬度の高い材料で覆うのが好ましい。本実施例では、短辺の長さが２０ｎｍ、長辺の長さが１５０ｎｍ、幅ｔ１が３０ｎｍ、材料が金の長方形の散乱体をガラス基板側面に形成し、頂点１９１付近を削る深さｄが１０ｎｍになるように斜めに削った。頂点１９１は基板表面１９２からｈ３＝５０ｎｍ突き出るようにし、散乱体側面には、散乱体の破壊を防ぐために幅ｔ４＝１０ｎｍのカーボンまたはダイアモンドまたはＳｉまたはＳｉＮの膜を形成した。
【００３４】
前記散乱体の面が試料または媒体面に垂直になるように配置した平面状の散乱体を記録装置へ応用する場合は、図２２（ａ）のように散乱体を形成しても、記録媒体が高速に回転するため、散乱体先端が磨耗してしまう。これを防ぐためには、図２２（ｂ）のように、近接場光が発生する頂点１９１と基板表面１９２が実質的に同一平面上にあるように散乱体を形成する。本実施例では、短辺の長さが２０ｎｍ、長辺の長さが１５０ｎｍ、幅ｔ１が３０ｎｍ、材料が金で、先端部分が削る深さｄが１０ｎｍとなるように斜めに削られた長方形の散乱体を、頂点１８１と基板表面１８２が実質的に同一平面上にあるように形成した。なお、上記散乱体は、図２２（ｃ）に示すように、基板に埋め込まれるように形成しても良い。埋め込む時は、近接場光が発生する頂点１８１と基板表面１８２が実質的に同一平面上にあることが好ましい。ここで実質的に同一平面上とは高さの差が１０ｎｍ以内であることを言う。
（実施例４）
実施例４では、散乱体の近接場光が発生する頂点近傍の材料を残りの部分の材料と異なるようにした例を示す。例えば、近接場光が発生する頂点近傍の材料を残りの部分の材料よりも硬度の高い材料にすれば、散乱体の耐久性を向上させることができる。また、近接場光が発生する頂点近傍の材料を発光材料にしても良い。ここで発光材料とは、例えば、フォトルミネッセンス、２次の非線形光、３次の非線形光、ラマン散乱、二光子吸収による発光などを発生させる物質を言う。これら発光をフィルタやグレーティングを用いて励起光から分離し、その強度変化または発光波長のシフト量を検出することにより、近接場光が発生する頂点からの信号のみを選択的に検出することが可能になる。すなわち、バックグランド光の検出を抑えることができ、像のコントラストを向上させることが可能になる。また、発光材料を、特定の物質と反応すると発光強度または発光波長が変化する物質にすれば、高い空間分解能を持つ微小なセンサとしてプローブを用いることが出来る。
【００３５】
平面状の散乱体を使うときの実施例を図２３および図２４に示す。
【００３６】
図２３（ａ）および図２４（ａ）の実施例では、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４が試料または記録媒体面に実質的に平行になるようにした。ここで実質的に平行とは、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４と試料または記録媒体面のなす角が３０度以内であることを言う。本実施例では、散乱体の耐久性を向上させるために、近接場光が発生する頂点２０２から幅ｘの領域２０１の材料をＰｔまたはＰｄまたはＲｈあたはＩｒまたはＴｉまたはＣｒまたはＣｏまたはＳｉまたはＳｉＮにした。近接場光が発生する頂点近傍２０１の材料は硬度の高いものであれば良いが、強い近接場光を発生させるためには、金属や半導体などの導電性のある材料が好ましい。材料を変える部分２０１の幅ｘは削る深さｄ以下になるようにしても良いし、削る深さｄ以上になるようにしても良い。材料を変える部分２０１が変えない部分２０３から剥がれることを防止するためには、材料を変える部分２０１の幅ｘを削る深さｄ以上になるようにし、材料を変える部分２０１と変えない部分２０３の接触面積を大きくすることが好ましい。しかし、近接場光が発生する頂点近傍の材料を変えることにより発生する近接場光強度が材料を変えることにより小さくなる場合は（例えば変える部分２０１の材料の導電性が、変えない部分２０３の材料の導電性より低い場合）、材料を変える部分２０１の幅ｘが削る深さｄ以下になるようにして、材料を変える部分２０１の体積を小さくすることが好ましい。本実施例では、削る深さｄを１０ｎｍ、材料を変える部分の幅ｘを５ｎｍにした。また本実施例では、像のコントラスト向上させるために、近接場光が発生する頂点２０２から深さｘの領域２０１の材料を蛍光体または非線形物質にした。蛍光体の材料にはＲｈｏｄａｍｉｎｅやＣｏｕｍａｒｉｎ、Ｐｙｒｉｄｉｎｅ、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ、Ｓｔｙｒｙｌなどの色素や、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＣｄＳなどの半導体を用いた。非線形物質にはＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＬｉＮｂＯ３などを用いた。高いコントラストを実現するためには、材料を変える部分２０１の幅ｘが削る深さｄ以下になるようにして、発光体の体積を小さくすることが好ましい。本実施例では、削る深さｄを１０ｎｍ、材料を変える部分の幅ｘを５ｎｍにした。
【００３７】
材料を変える部分と変えない部分の境界面の方向は任意であり、例えば、図２３（ｂ）および図２４（ｂ）に示すように、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４が試料または記録媒体面に対し実質的に垂直になるようにしても良い。本実施例では、図２３（ｂ）および図２４（ｂ）の場合ともに、材料を変える部分と変えない部分の境界面２０４と試料または記録媒体面のなす角は９０度、変える部分の幅ｘは５ｎｍ、削る深さｄは１０ｎｍ、変える部分の材料は、ＰｔまたはＰｄまたはＲｈあたはＩｒまたはＴｉまたはＣｒまたはＣｏまたはＳｉまたはＳｉＮなどの硬度の高いもの、およびＲｈｏｄａｍｉｎｅやＣｏｕｍａｒｉｎ、Ｐｙｒｉｄｉｎｅ、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ、Ｓｔｙｒｙｌなどの色素や、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＣｄＳなどの半導体の蛍光材料、およびＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＬｉＮｂＯ３などの非線形物質にした。
（実施例５）
実施例５は削られた部分を所定の物質で埋め込んだ例を示す。図２５に、上記表面が削られた部分２２１を散乱体の材料とは異なる物質で埋めた例を示す。例えば、削られた部分２２１をＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの誘電体で埋めれば、近接場光のしみ出し深さが小さくなるので、近接場光が発生する頂点２２以外で発生する近接場光が、試料または記録媒体２７にさらに到達しにくくなる。本実施例では、図２５（ａ）または（ｂ）のように、金の散乱体を、表面から５ｎｍ削り、そこをＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３またはＣｒ２Ｏ３の誘電体で埋めた。
（実施例６）
次に、遮光膜を用いた例を示す。試料の形状や記録媒体上に形成された記録マークの有無等を検出するために、プローブを透過した光のパワーを検出する場合、散乱体に当たらなかった光は、そのまま検出器で検出されてしまう。この光はバックグランド光として働き、検出のＳ／Ｎ比の低下を招く。これを防ぐために、図２６のように、散乱体の近傍に遮光性のある膜２４１を形成すると好ましい。ここで、遮光性のある膜とは透過率が５０％以下である膜と定義する。この遮光性のある膜には、例えば金や銀などの金属、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体、カーボンなどの誘電体などを用いる。散乱体と遮光性のある膜の間隔Ｗ１を光波長以下（本実施例では５０ｎｍとした）にすることにより、バックグランド光の発生を抑制することができる。なお、遮光膜として光吸収性のある膜（透過率同様、反射率も低い膜。ここでは透過率および反射率が５０％以下の膜と定義する）を利用する場合、プローブの透過光を検出する方式（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）だけでなく、光源側に戻ってくる光を検出する方式（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ−Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）の装置においても、バックグランド光を抑制することが可能である。本実施例では、図２６（ａ）および図２６（ｂ）に示すように、近接場光が発生する頂点２２以外の表面が削られた、三角形または楕円の形状をした散乱体を形成し、その周辺に遮光膜２４１を形成した。散乱体および遮光膜の材料はともに金とし、散乱体と遮光性のある膜の間隔Ｗ１は５０ ｎｍとした。
【００３８】
なお、各実施例に共通することだが、上記の散乱体へ入射させる光の中心位置は、散乱体上での光強度が最大となるよるに、図２７（ａ）のように散乱体の中心に実質的に一致させる。もしくは、近接場光強度の最大となる位置と入射光の中心位置を一致させるために、図２７（ｂ）のように入射光の中心位置を近接場光が発生する頂点２２に実質的に一致させても良い。ここで実質的に一致とは、入射光の中心位置と頂点の距離が入射光の光スポットの半値全幅の１／２以内となることをいう。
（実施例７）
実施例７は、散乱体を所定の素子上に形成した例を示す。
【００３９】
まず、散乱体を集光素子上に形成した例を示す。散乱体２１を、図２８（ａ）に示すようなＳｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ２８１や、図２８（ｂ）に示すようなフレネルレンズ２８４のついた基板２４、図２８（ｃ）に示すような凸レンズ２８５のついた基板２４などの上に形成する。このとき散乱体は光の集光点に形成する。このようにすれば、集光素子と散乱体の位置調整が不必要になる。また、図２８（ｄ）に示すように、散乱体を導波路２８６の終端に形成しても良い。このとき、なるべく多くの光が散乱体に当たるようにするには、導波路終端の径ｗ２は、光波長以下にすることが好ましい。しかし、ｗ２が光の波長の１／２以下になると、導波路中に光の伝播モードが存在しなくなる。したがってｗ２は導波路中の波長の１／２以上にすることが好ましい。また、散乱体を光共振器の出射面の近傍、即ち出射面から１０μｍ以内に形成しても良い。例えば、図２９（ａ）に示すように、光を共振させるための反射膜２９１を基板に形成し、その反射層２９１上に開口を形成し、その開口中に散乱体２１を形成する。このとき、バックグランド光の発生を抑制するために、散乱体と反射膜の間隔ｗ１は光波長以下にするのが好ましい。本実施例では、ｗ１を５０ｎｍとした。このように共振器の出射面近傍に形成すれば、散乱体に当たらずに反射した光が共振器により戻され、再び散乱体に照射されるので、光利用効率を向上させることが出来る。また、散乱体は半導体レーザの出射面の近傍、即ち出射面から１０μｍ以内に形成しても良い。例えば、図２９（ｂ）に示すように、散乱体１１を面発光レーザー２９３の出射面近傍に形成する。このとき、バックグランド光を抑制するために、レーザの出射面上に反射膜２９２を形成し、そこに開口を形成し、その中に散乱体を形成すると良い。この時、散乱体と反射膜の間隔ｗ１は光波長以下にするのが好ましい。本実施例では、ｗ１を５０ｎｍとした。このように半導体レーザーの出射面に形成することにより、光源と散乱体の位置調整が不必要になる。また、散乱体はフォトダイオードなどの光検出器の受光面近傍、即ち受光面から１０μｍ以内に形成しても良い。これにより、検出器と散乱体の位置位置調整が不要になる。
【００４０】
前記の散乱体は、図３０（ａ）に示すように、円錐もしくは多角錐３０２の突起先端に形成された平坦な部分３０１に形成しても良い。このとき、平らな部分の幅の最小値Ｗ３は、散乱体が試料に近づきやすくするために、できるだけ小さくするのが好ましい。また、図３０（ｂ）に示すように、円錐もしくは多角錐の側面を金属で覆えば、円錐もしくは多角錐の突起が光導波路の働きをし、光を散乱体２１のある部分に集光させる働きをする。この場合、先端の平坦な部分の幅の最小値Ｗ３は突起中を伝搬する光の波長以下（面積で表現すると先端の平坦な部分の面積が突起中を伝搬する光の波長の２乗以下）になるようにすれば、散乱体周辺から発生するバックグランド光の発生も抑制することができる。ただし、平坦な部分の幅ｗ３を突起中を伝搬する光の波長の１／２以下にすると、先端から出射する光量が減るため（導波路の径が光波長の１／２以下になると光の伝搬モードが存在しないため）、平坦な部分の幅ｗ３は突起中を伝搬する光の波長の１／２以上（面積で表現すると先端の平坦な部分の面積が突起中を伝搬する光の波長の１／２を２乗した値以上）にした方が良い。本実施例では、ＳｉＯ２の四角錐の突起の側面を厚さ１００ｎｍの金で覆い、先端の幅ｗ３は２５０ｎｍとした。
（実施例８）
次に、前記プローブの作製方法について説明する。散乱体の面と試料または媒体面が実質的に平行になる場合は、図３１（ａ）のように、まず基板２４中に埋め込まれた散乱体２１を形成する。つぎに、図３１（ｂ）のようにイオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用い、散乱体部分を斜めに選択的に削る。このとき、近接場光が発生する部分２２は基板２４の影となるため、エッチングされずに残り、残りの部分のみが削られる。散乱体の面と試料または媒体面が実質的に垂直になる場合も、図３２に示すような同様の方法で作製可能である。
【００４１】
また、前記近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分とは異なった散乱体は図３３のように作製する。まず図３３（ａ）のように、近接場光が発生する頂点近傍の材料２６２と残りの部分の材料２６１で構成される２層の膜でできた散乱体を、異なる材料同士の境界面が基板表面２６３に対し実質的に平行になり、かつ基板２４中に埋め込まれるように形成する。このとき散乱体の面は基板表面２６３、すなわち試料または媒体面に対し実質的に平行であっても良いし、実質的に垂直であっても良い（図３３は散乱体の面が基板表面に対し実質的に平行である場合を示す）。つぎに、図３３（ｂ）のようにイオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用い、散乱体の部分を斜めに削る。このとき、近接場光が発生する部分２２近傍は基板２４の影となるため、エッチングされずに残り、残りの部分のみが削られる。
【００４２】
また、図３４のように異なる材料どうしの境界面が基板表面２６３に対し実質的に垂直になるように加工することも可能である。このとき散乱体の面は基板表面に対し実質的に平行であっても良いし、実質的に垂直であっても良い（図３４は散乱体の面が基板表面に対し実質的に垂直である場合を示す）。まず図３４（ａ）のように、近接場光が発生する頂点近傍の材料２６２と残りの部分の材料２６１で構成される２層の膜でできた散乱体を基板２４中に埋め込むように形成する。つぎに図３４（ｂ）のように、イオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用い、散乱体の部分を斜めに削る。
【００４３】
また、前記の異なる材料どうしの境界面が基板表面に対し実質的に垂直である場合、イオンミリングやＲＩＥなどの異方性エッチングを用いて散乱体の部分を斜めに削ることに替えて、図３５に示すように、近接場光が発生する頂点近傍の材料の部分２６２を残して、残りの部分２６１のみを、ＲＩＥなどの選択エッチングによりエッチングしても良い。
【００４４】
図３６に、導波路終端に散乱体を形成したプローブの作製方法を示す。この実施例では、散乱体の形状は長方形とした。まず、基板３６０上に、散乱体の材質でできた部分３６１と導波路の材質で出来た部分３６２の２層で構成された細線を形成する（図３６（ａ））。このとき、散乱体の材質でできた部分３６１の厚さｔ５は長方形の長辺の長さＬ４に等しくなるようにし、細線の長さＬ６は作製する散乱体の厚さより大きくなるようにする。本実施例では、基板の材質をガラス、散乱体の材質を金、導波路の材質を不純物を拡散させたガラスにし、厚さｔ５は１５０ｎｍ、細線の長さＬ６は５００ｎｍとした。つぎに、図３６（ｂ）に示すように、細線を覆うように導波路３６３を形成した後、図３６（ｃ）中の矢印の方向に研磨する。このとき、細線の長さが散乱体の厚さｔ１に等しくなる点で、研磨を止める。最後に図３１で示した方法により、近接場光が発生する点３６以外の表面を、イオンミリングなどの異方性エッチングにより削る。なお、三角形の形状をした散乱体を作製するために、上記の細線の形状を三角柱にしても良い。
（実施例９）
実施例９は、応用装置について説明する。図３７に、上記の近接場光プローブを近接場光学顕微鏡に応用した例を示す。ここでは、散乱体を原子間力顕微鏡のカンチレバの先端に形成したプローブを用いた例を示す。試料９１０は基板９１１の上に置き、その表面に、上記の近接場光プローブ９０１を近づけた。レーザー９０６から出射した光はレンズ９１６によりコリメートされ、ビームスプリッタ９０５を通過後、対物レンズ９０４に入射するようにした。光は対物レンズにより集光され金属の微小構造部で収束する。プローブからの光は、対物レンズ９０４により集光され、検出器９０７で検出されるか、もしくは試料の反対側に置かれた対物レンズ９１２により集光され、検出器９１３で検出されるようにした。試料をピエゾ素子９０８を使い水平方向に走査させると、試料表面で発生する散乱光強度が変化する。この変化を記録することにより、試料の像を得た。ここで、試料からの信号の偏光方向が、入射光の偏光方向と異なっている場合、偏光子９１７、９１８を光路中に起き（レーザーが直線偏光の場合偏光子９１８のみで良い）、偏光子９１８の偏光方向が入射光の偏光方向に対し直角になるようにすると、コントラストを向上させることができる。また、上記散乱体の近接場光が発生する頂点近傍に発光物質を形成した場合は、検出器の前にバンドパスフィルターを置き、発光のみを検出できるようにする。
【００４５】
上記プローブ先端と試料表面の間隔は近接場光のしみ出し深さである数１０ ｎｍ以内にする必要があるが、その間隔はプローブ先端と試料表面の間に働く原子間力を測定することにより制御する。すなわちプローブを数ｎｍ以内の振幅でピエゾ９０９を使い縦方向に振動させ、その振幅が一定になるようにプローブ先端と試料表面の間隔を制御する。振幅の変化の測定は、レーザー９０６から出射した光とは別の光をカンチレバーの上面９０２に当て、そこからの反射光をＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）で検出することにより行う。
【００４６】
上記近接場プローブの記録／再生装置への応用例を図３８に示す。散乱体と記録媒体の間隔が数１０ｎｍ以下になるよう保ちながら、高速に走査させるため、散乱体はスライダ７０２上に形成され、そこに、光源、検出器等を搭載した光ヘッド７０３からの光を入射させた。本実施例では、スライダ中に集光素子を集積化し、スライダには並行光を入射させるようにした。光ヘッドはキャリッジアクチュエーター７０４を用いて、ディスクの半径方向に動かされるようにした。光ヘッド内部の光学系は図３８（ｂ）のように構成した。光源には半導体レーザー７０８を用い（波長７８０ｎｍ、出力３０ｍＷの半導体レーザーを用いた）、出射光をコリメーターレンズ７０９、ビーム整形プリズム７１０を用いて円形の平行ビームにした。このビームはビームスプリッタ７１２、ミラー７１４を通過後、近接場光プローブ７０２に入射するようにした。トラッキングのため近接場光プローブの位置を微調整するためには、圧電素子７１１を用いた。プローブ７０２はサスペンション７０５に取り付けられていて、このサスペンションの力によりディスク７０１に押し付けられるようにした。本実施例では光ディスク７０１には相変化媒体を用い、記録マークは、近接場プローブにより発生した近接場光により結晶相をアモルファス相に変化させることにより形成した。再生は、ディスクから戻ってくる光の強度変化を検出することにより行った。すなわち、近接場光がディスクにより散乱される割合が、記録マークの有無により変化するので、その散乱光の強度変化を検出することにより行う。実際には、ディスクからの光（信号光）をビームスプリッタ−７１２により入射光と分離し、集光レンズ７１５を通過させた後、検出器７１７で検出した。ここで、ディスクからの信号光の偏光方向が、入射光の偏光方向と異なっている場合、偏光子７１６を光路中に起き、偏光子７１６の偏光方向が入射光の偏光方向に対し直角になるようにすると、コントラストを向上させることができる。
【００４７】
上記記録／再生装置へ応用する場合、図３９に示すように、散乱体は、散乱体の近接場光が発生する頂点２２の接線方向３３２とトラックに平行な方向３３１が直交するように配置するのが好ましい。なぜなら、図５および図１５に示すように、近接場光強度分布は近接場光が発生する頂点２２の接線方向に伸びた形状をしている。記録／再生装置では、トラッキングサーボを容易にするためには、記録マークの形状はトラック方向に垂直な方向に長い方が好ましい。したがって、そのようなマークを記録するためには、散乱体は、散乱体の近接場光が発生する頂点２２の接線方向３３２とトラックに平行な方向３３１が直交するように配置するのが好ましい。
【００４８】
上記の記録／再生装置において、媒体には磁気媒体を用いても良い。図４０に磁気媒体用ヘッドの例を示す。散乱体２１はスライダ４０７の表面に形成し、散乱体２１周辺に磁界印加用コイル４０５を形成した。光源である半導体レーザ４０１はスライダ上に形成し、そこから発生する光はコリメートレンズ４０２、ミラー４０３および集光レンズ４０４を通過後、散乱体２１に入射するようにした。なお、上記の記録／再生装置において、再生には磁気再生ヘッドを用いても良い。磁気再生ヘッドを用いることにより、光検出用の光学系が不要になるため装置を小型化することが可能になる。図４０の実施例では、散乱体の近くにＧＭＲ素子４０６を設置した。
【００４９】
上記の磁気媒体を用いた記録／再生装置において、磁界印加素子として、磁気記録装置で使用される記録ヘッドを用いても良い。図４１（ａ）にその実施例を示す。この実施例では、磁極４１２に接するように導波路４１１を形成し、その先端に散乱体２１を形成した。光源である半導体レーザ４０１はスライダ上に形成し、そこから発生する光はコリメートレンズ４０２、ミラー４０３および集光レンズ４０４を通過後、導波路４１１に入射するようにした。再生はＧＭＲ素子４０６で行うようにした。図４１（ｂ）に、散乱体周辺の拡大図を示す。この実施例では、散乱体の形状は長方形とし、長方形の長辺の長さＬ４は１００ ｎｍ、短辺の長さＬ５は２０ｎｍ、厚さｔ１は４０ ｎｍ、削る深さｄは１０ ｎｍとした。光照射により温度が上昇する領域と磁界が印加される領域は重なる必要があるため、近接場光が発生する点３６と磁極４１２はできるだけ近い方が良く、本実施例では５ ｎｍとした。導波路先端の径Ｗ４は３００ ｎｍとした。
【００５０】
上記近接場プローブは、光リソグラフィ用の露光装置へ応用することも可能である。図４２（ａ）、（ｂ）にその実施例を示す。加工する基板３４２上にフォトレジスト３４１を塗布し、そこに散乱体２１を有するプローブを近づける。ここにフォトレジストを感光させる光を入射させると頂点２２に強い近接場光が発生し、その部分のフォトレジストが感光される。ここで、入射光の波長は、レジストが感光し、かつプラズモン共鳴が励起される波長にすると好ましい。本実施例では、散乱体２１の材質をアルミにし、波長４４２ｎｍの光を入射させた。このように本発明のプローブを用いれば、数１０ｎｍ以下の寸法を持つ微細なパターンの露光を高速に行うことが出来る。
【００５１】
なお、本願発明は以下の構成を包含する。
１．光源と、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、前記散乱体上の近接場光が発生する１つの頂点以外の部分の表面が削られた近接場光発生装置を用いた記録または再生装置。
２．上記１記載の記録または再生装置であって、前記散乱体の近接場光が発生する頂点の接線方向が記録トラックの方向と直交するように配置されている。
３．光源と、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、前記散乱体上の近接場光が発生する１つの頂点以外の部分の表面が削られた近接場光発生装置を用いた近接場光学顕微鏡。
４．光源と、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、前記散乱体上の近接場光が発生する１つの頂点以外の部分の表面が削られた近接場光発生装置を用いた露光装置。
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ， Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．９，
ｐ１９７４−１９８３， １９９５
【００５２】
【発明の効果】
散乱体を用いたプローブで、強い近接場光が発生する点以外の部分で発生する近接場光の影響を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の近接場光発生装置の形状を示す図で、（ａ）断面図、（ｂ） 斜視図。
【図２】散乱体からの距離と近接場光強度の関係を示す図。
【図３】本発明の近接場光発生器の形状を示す断面図で、（ａ）散乱体周辺部、（ｂ）全体図。
【図４】散乱体の形状を示す図で、（ａ）三角形の散乱体、（ｂ） 円または楕円の散乱体、（ｃ）長方形の散乱体。
【図５】散乱体近傍の近接場光強度分布を示す図で、 （ａ） 従来の近接場光発生装置の分布、（ｂ）本発明の近接場光発生装置の分布。
【図６】頂点部以外の部分の表面が削られた三角形の散乱体の共鳴特性を示す図。
【図７】頂点部以外の部分の表面が削られた散乱体を示す図。
【図８】削る部分と削らない部分の境界面が曲面になった散乱体の断面図。
【図９】削る部分と削らない部分の境界面が曲面になった散乱体の斜視図で、（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合。
【図１０】削る部分を斜めに削った散乱体の断面図。
【図１１】削る部分を斜めに削った散乱体の斜視図で、（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合。
【図１２】従来の平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置したときの断面図。
【図１３】平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側もしくは両側の面の頂点を斜めに削った場合の断面図で、（ａ）片側を削った場合、（ｂ）両側を削った場合。
【図１４】平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側の面の頂点を斜めに削った場合の斜視図で、（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合。
【図１５】三角形の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側の面の頂点を斜めに削った場合の近接場光強度分布を示す図。
【図１６】平面状の散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置し、片側もしくは両側の面の頂点を階段状に削った場合の断面図で、（ａ）片側を削った場合、（ｂ）両側を削った場合。
【図１７】第一の散乱体近傍に第二の散乱体を形成した時の形状を示す断面図で、（ａ）第二の散乱体の表面を削らない場合、（ｂ）第二散乱体表面を削った場合。
【図１８】表面を削った三角形の散乱体を２つ並べて配置した場合を示す図。
【図１９】ＸＹ（平面）方向に比べてＺ軸（厚さ）方向に延伸させた散乱体を示す図。
【図２０】半球または半楕円体の散乱体先端部周辺を削った場合を示す図で、（ａ）先端部周辺を削った場合、（ｂ）先端部に突起を形成した場合。
【図２１】散乱体の磨耗を防ぐ手段を示した図で、（ａ）近接場光が発生する頂点近傍に補強用の膜を形成する場合、（ｂ）散乱体を基板表面に埋め込む場合、（ｃ）散乱体周辺にパッドを形成する場合。
【図２２】散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置する場合の散乱体の磨耗を防ぐ手段を示した図で（ａ）近接場光が発生する頂点近傍に補強用の膜を形成する場合、（ｂ）近接場光が発生する頂点と基板表面が実質的に同一平面上にある場合、（ｃ） 散乱体を基板表面に埋め込む場合。
【図２３】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体を試料または記録媒体に平行に配置したものの断面図で、（ａ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に平行になるようにした場合、（ｂ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に垂直になるようにした場合。
【図２４】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体を試料または記録媒体に垂直に配置したものの断面図で、（ａ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に平行になるようにした場合、（ｂ） 材料を変える部分と変えない部分の境界面が試料または記録媒体面に垂直になるようにした場合。
【図２５】削った部分を散乱体とは異なる材料で埋めたものを示す図で、（ａ） 散乱体を試料または記録媒体に対し平行に配置した場合、（ｂ） 散乱体を試料または記録媒体に対し垂直に配置した場合。
【図２６】散乱体周辺に遮光膜を形成したものを表す図で、（ａ）散乱体の形状が三角形の場合、（ｂ） 散乱体の形状が楕円の場合。
【図２７】光スポットと散乱体の位置関係を表す図で、（ａ） 光の中心位置が散乱体の中心に実質的に一致した場合、（ｂ） 入射光の中心位置が近接場光が発生する頂点に実質的に一致した場合。
【図２８】散乱体が集光素子または導波路の端面に形成されたものを示す図で、（ａ）Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ、（ｂ）フレネルレンズ、（ｃ）凸レンズ、（ｄ）導波路の終端に形成されたもの。
【図２９】散乱体が共振器または半導体レーザーの端面に形成されたものを示す図で、（ａ）共振器、（ｂ）面発光レーザの端面に形成されたもの。
【図３０】散乱体が円錐または多角錐の突起の頂点に形成された平坦な部分に形成されたプローブを示す図で、（ａ）側面が遮光膜で覆われていないもの、（ｂ）側面が遮光膜で覆われたもの。
【図３１】散乱体の面と試料または媒体面が実質的に平行であるプローブの作製方法を示す図で、（ａ）埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３２】散乱体の面と試料または媒体面が実質的に垂直であるプローブの作製方法を示す図で、（ａ）埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３３】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体の作製方法を示す図（異なる材料どうしの境界面と基板表面が実質的に平行になる場合）で、（ａ）２層の埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３４】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体の作製方法を示す図（異なる材料どうしの境界面と基板表面が実質的に垂直になる場合）で、（ａ）２層の埋め込みパターン形成工程、（ｂ）異方性エッチング工程。
【図３５】近接場光が発生する頂点近傍の材料が残りの部分と異なるようにした散乱体の作製方法を示す図で、（ａ）２層の埋め込みパターン形成工程、（ｂ）選択エッチング工程。
【図３６】導波路の終端に散乱体を形成する方法を示す図で、（ａ）細線形成工程、（ｂ）導波路形成工程、（ｃ）研磨工程、（ｄ）エッチング工程。
【図３７】本発明のプローブの近接場光学顕微鏡への応用例を示す図。
【図３８】本発明のプローブの近接場記録／再生装置への応用例を示す図で、（ａ）全体図、（ｂ）光学系を示す図。
【図３９】散乱体の方向とトラックの方向の関係を示す図で、散乱体の形状が（ａ）三角形の場合、（ｂ） 円または楕円の場合、（ｃ）長方形の場合、（ｄ）長方形の散乱体を記録媒体に対して垂直に配置した場合。
【図４０】磁気媒体用記録ヘッドを示す図で、磁界印加コイルの中心に散乱体を設置した場合。
【図４１】磁気媒体用記録ヘッドを示す図で、磁気記録ヘッド近傍に散乱体を設置した場合。
【図４２】本発明のプローブの露光装置への応用例を示す図で、（ａ） 散乱体を記録媒体に対して平行に配置した場合、（ｂ） 散乱体を記録媒体に対して垂直に配置した場合。
【図４３】従来の平面金属散乱体を用いたプローブを示す図で、（ａ）散乱体が１つの場合、（ｂ）２つの散乱体を組み合わせた場合。
【図４４】本発明のプローブ構造を示す図。
【符号の説明】
１１ 三角形の形状をした平面状の散乱体
１２、１０３、１７２、１８１、１９１、２０２ 近接場光が発生する頂点
１３ 近接場光が発生する頂点の他端側の頂点
１４、２４、９１１ 基板
試料または記録媒体
１７、集光素子
１８ コリメートレンズ
２１ 平面状の散乱体
２２ 近接場光が発生する頂点
２３ 近接場光が発生する頂点の他端側の頂点またはエッジ
２５ 近接場光
２６ 削った部分
２７ 試料または記録媒体
２８ 基板側から入射する場合の光の入射方向
２９ 基板の反対側から入射する場合の光の入射方向
３０ 削った平面と削らない部分の境界面
３１ 楕円の形状をした平面状の散乱体
３２ 近接場光が発生する楕円の一頂点
３３ 近接場光が発生する頂点の他端側の頂点
３４、３８ 削る部分
３５ 長方形の形状をした散乱体
３６ 近接場光が発生する辺
３７ 近接場光が発生する辺の他端側の辺
１０１ 一方の面上にある近接場光が発生する頂点
１０２ もう一方の面上にある近接場光が発生する頂点
１１１ 横から入射させる場合の光の入射方向
１１２ 斜めに入射させる場合の光の入射方向
１５１ 第二の散乱体
１５２ 第一の散乱体に一番近い第二の散乱体のエッジまたは頂点
１５３ 他端側のエッジまたは頂点
１５４ 二つの散乱体の間のギャップ
１７１ 半球または半楕円体の散乱体
１７３、１７４ 微小な突起
１８２、１９２ 基板表面
１８３ パッド
１８４、１９３ 補強用の膜
２０１ 材料が変わった部分
２０３ 材料が変わっていない部分
２０４ 異なる材料どうしの境界面
２２１ 削った部分に散乱体と異なる材料の物質を埋め込んだ部分
２３１ 光スポット
２４１ 遮光膜
２４２ 散乱体と遮光膜の間の部分
２６１ 散乱体
２８１ ソリッドイマ―ジョンレンズ
２８２ 対物レンズ
２８３ 入射光
２８４ フレネルレンズ
２８５ 凸レンズ
２８６ 導波路
２９１ 共振器
２９２ 反射膜
２９３ 面発光レーザ
円錐または多角錐の突起の先端に形成された平坦な面
円錐または多角錐の突起の側面
３６１ 散乱体の材質でできた部分
３６２ 導波路の材質でできた部分
３６３ 導波路
４０１ 半導体レーザ
４０２ コリメートレンズ
４０３ 反射プリズム
４０４ 集光レンズ
４０５、４１３ 磁気コイル
４０６ スライダ
４１１ 導波路
４１２ 磁極
４１４ シールド
９０１ 近接場光プローブ
９０２ カンチレバの裏面
７１５，９０４、９１２ 集光レンズ
７１２、９０５ ビームスプリッタ
９０６ 半導体レーザ
９０７、９１３ 検出器
９０８ 走査用ピエゾ素子
９０９ 振動用ピエゾ素子
９１０ 試料
９１６、７０９ コリメートレンズ
７０１ 記録ディスク
７０２ スライダ
７０３ 光学系
７０４ アクチュエータ
７０５ サスペンション
７０８ 半導体レーザー
７１０ ビーム整形プリズム
７１１ 圧電素子
７１４ ミラー
７１６ 偏光子
７１７ 光検出器
３３１ トラックと平行な方向
３３２ 近接場光が発生する頂点における接線方向
３３３ トラック
３４１ フォトレジスト
３４２ 加工する基板
３５１ 平面状金属パターン
３５２ 頂点
３５３ ２つの頂点間。
Claims (18)
- 光源と、
前記光源からの光を照射されることによって、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、
前記散乱体の、近接場光が発生する箇所における厚さよりも、前記箇所以外の領域における厚さが、薄いことを特徴とする近接場光発生装置。 - 前記近接場光を照射される媒体と前記領域との距離は、前記近接場光のしみ出し深さ以上であることを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体は平面状の散乱体であり、
前記散乱体は、設置される試料または媒体面に対し実質的に平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。 - 前記散乱体は第１の面とその反対側の第２の面を有する平面状の散乱体であり、
前記散乱体の平面の方向が、設置される試料または媒体面に対し実質的に垂直になるように前記散乱体は配置され、かつ前記第１の面上にある近接場が発生する箇所以外の部分、または前記第１の面上にある前記試料または媒体面に近接する頂点と前記第２の面上にある前記試料または媒体面に近接する頂点の間にある頂点以外の部分において、その厚さが前記近接場が発生する箇所の厚さよりも薄くされたことを特徴とする請求項１に記載の近接場光発生装置。 - 前記散乱体は、近接場光を発生させる１の頂点の方向に向かい幅が小さくなった平面状の散乱体、円の形状をした平面状の散乱体、楕円の形状をした平面状の散乱体、長方形の形状をした平面状の散乱体のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体の近接場光が発生する箇所近傍に導電性を持つ別の散乱体が形成され、前記散乱体同士の間隔は、前記光源から入射する光の波長以下であることを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体は、その直径が入射光の波長よりも小さい球もしくは半球、または、長軸の長さが入射光の波長よりも小さい回転楕円体もしくは半回転楕円体の形状を持つ散乱体で、かつ前記散乱体表面の近接場光が発生する１点以外の部分が薄くされたことを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置
- 前記散乱体の近接場光が発生する頂点近傍を構成する材料が、残りの部分を構成する材料と異なっていることを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体の近接場光が発生する頂点近傍を構成する材料の硬度が残りの部分を構成する材料の硬度より強いことを特徴とする請求項８記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体の近接場光が発生する頂点近傍を構成する材料が発光物質であることを特徴とする請求項８記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体は基板に埋め込まれて形成され、前記散乱体の近接場光が発生する箇所と前記基板表面とが、実質的に同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体が基板上に形成され、前記基板の前記散乱体の周囲にはパッド部が形成され、前記散乱体の近接場光が発生する頂点とパッド部表面とが実質的に同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記表面を削った部分に、散乱体を構成する材料とは異なった材料を埋め込んだことを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体に入射する光の中心位置が、前記散乱体の中心位置または前記近接場光が発生する頂点の位置に実質的に一致することを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体の近傍に、遮光膜が形成され、前記散乱体と前記遮光膜の間隔が前記光源からの光の波長よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 前記散乱体が、集光素子上の集光点、光導波路の終端、光共振器の近傍、半導体レーザーの出射面近傍、光検出器の受光面近傍、円錐もしくは多角錐の突起の先端部の何れかに形成されたことを特徴とする請求項１記載の近接場光発生装置。
- 光を照射されることによって、近接場光を発生させる導電性の散乱体を備え、前記散乱体の近接場光が発生する１つの箇所の厚さよりも、前記箇所以外の領域の厚さが薄く形成されていることを特徴とする近接場光発生プローブ。
- 光源と、
前記光源からの光を照射されることによって、所定の箇所で近接場光を発生させる導電性の散乱体と、
前記散乱体から発生した近接場光を照射する媒体または試料を設置する手段と、
前記散乱体の前記所定の箇所以外の領域と、設置される前記媒体または試料との間隔は、前記近接場光のしみ出し深さ以上の距離離れていることを特徴とする近接場光応用装置。
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