JP2005332572A - 光プローブ素子および光プローブ素子を用いた記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外付けの集光手段が不要であり、簡素化した構成を有する光プローブ素子を実現する。
【解決手段】 光プローブ素子２０は、透光性の平面基板１と、平面基板１の片面に突出するように形成された透光性のほぼ円錐形の光プローブ３と、平面基板１の、光プローブ３が設けられている面に、光プローブ３の先端を除いて形成された反射膜２と、平面基板１の、光プローブ３が設けられている面とは反対側の面の、光プローブ３に対向する位置に形成されたマイクロレンズ１００から構成される。
【選択図】 図１９

Description

本発明は、光を回折限界以下に絞り込む光プローブ素子およびこの光プローブ素子を用いた記録再生装置に関するものである。

近年、物質の表面状態を原子スケールで直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が開発されている。また、ＳＴＭの原理を応用して、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）が開発されている。これらの顕微鏡は、先端を鋭く尖らせたプローブと物質の表面とを近接して配置し、両者の間に流れるトンネル電流、または、両者の間に働く原子間力、磁気力を検出している。

さらに、先端を鋭く尖らせた光プローブを用いるフォトンＳＴＭも開発されている。フォトンＳＴＭでは、試料の表面より光を入射させ、試料の表面に染み出すエバネッセント光を検出している。

ＳＴＭの原理を利用して、原子スケールの領域に対して情報の記録再生を行う装置が種々提案されている。また、フォトンＳＴＭの原理を利用して、光を回折限界以下に絞り込み、この絞り込んだ光を用いて情報の記録再生を行う試みもなされている（例えば、非特許文献１参照）。

図２７に、光プローブを用いた記録再生装置を示す。

光プローブ８０３は、光ファイバー８００の先端に形成されている。光ファイバー８００は、移動可能な支持部８２２に取り付けられている。支持部８２２を移動させる駆動部８２１は、ベース８２０の上に固定されている。記録媒体８１０も、ベース８２０の上に固定されている。駆動部８２１で支持部８２２を移動させることにより、光プローブ８０３を記録媒体８１０上の所望の位置に移動させることができる。

記録媒体８１０は、透明基板８１１と、透明基板８１１の上に形成された記録層８１２から構成されている。光プローブ８０３は、その先端が記録層８１２に近接するように配置されている。

情報を記録する場合、情報に応じて強度変調した光を光ファイバー８００に導入し、光プローブ８０３で回折限界以下に絞り込む。これにより、記録層８１２に情報を高密度記録できる。

上記の光プローブ８０３の製造方法を図２８に示す。

まず、同図（ａ）に示すように、光ファイバー８００の一部をほぼ溶融するまで加熱する。この状態で、同図（ｂ）に示すように、光ファイバー８００を左右に引っ張る。光ファイバー８００の赤熱部８０１は左右に伸び、同図（ｃ）に示すように、切断される。これにより、先端が鋭く尖った光プローブ８０３が得られる。
"Appl. Phys. Lett." 61(2), 13 July 1992 P.142

しかしながら、上記従来の構成では、光プローブ８０３の先端径を一定にすることが困難であり、したがって、規格の揃った光プローブ８０３を量産できないという問題点を有している。

さらに、複数の光プローブ８０３…を束ねて用いて、複数の情報を同時に記録再生する場合、上記従来の構成では、各光プローブ８０３と記録媒体８１０との間の距離を同一距離に保つことは困難であるという問題点を有している。

本発明に係る光プローブ素子は、上記の課題を解決するために、透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であり、光プローブに焦点を結ぶ集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されていることを特徴としている。

本発明に係る光プローブ素子は、上記の課題を解決するために、上記の光プローブ素子であって、集光手段は、単レンズまたはフレネルレンズのいずれかであることを特徴としている。

本発明に係る記録再生装置は、上記の課題を解決するために、光源と、光源からの光を回折限界以下の径の微小光に絞り込む光プローブ素子とを備え、記録媒体に微小光を照射することにより情報の記録再生を行う記録再生装置において、上記の光プローブ素子は、透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であり、光プローブに焦点を結ぶ集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されていることを特徴としている。

本発明に係る記録再生装置は、上記の課題を解決するために、上記の記録再生装置であって、複数の光プローブが平面基板の片面に形成されており、各光プローブにそれぞれ焦点を結ぶ、光プローブと同数の集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されていることを特徴としている。

本発明に係る光プローブ素子は、以上のように、透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であり、光プローブに焦点を結ぶ集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されているので、外部に対物レンズ等の集光手段を設置しなくて済むという効果を奏する。

本発明に係る光プローブ素子は、以上のように、上記の光プローブ素子であって、集光手段は、単レンズまたはフレネルレンズのいずれかであるので、上記の集光手段を備えた光プローブ素子を容易に実現できるという効果を奏する。

本発明に係る記録再生装置は、以上のように、光源と、光源からの光を回折限界以下の径の微小光に絞り込む光プローブ素子とを備え、記録媒体に微小光を照射することにより情報の記録再生を行う記録再生装置において、上記の光プローブ素子は、透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であり、光プローブに焦点を結ぶ集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されているので、記録再生装置を効率よく量産することが可能となるという効果を奏する。

本発明に係る記録再生装置は、以上のように、上記の記録再生装置であって、複数の光プローブが平面基板の片面に形成されており、各光プローブにそれぞれ焦点を結ぶ、光プローブと同数の集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されているので、複数の情報を同時に記録再生することが可能となり、しかも、光プローブ素子の外部に対物レンズ等の集光手段を設置しなくて済むという効果を奏する。

まず、本発明に対する参考例について図１ないし図１６に基づいて説明すれば、以下の通りである。

本参考例の記録再生装置は、図１に示すように、光源４０２と、光源４０２からの光を平行ビーム５にするコリメーターレンズ４０１と、光プローブ３を有する光プローブ素子２０と、光プローブ３に平行ビーム５を収斂させる集光レンズ４と、集光レンズ４および光プローブ素子２０を取り付けた支持部２０２を備えている。

記録再生装置は、さらに、支持部２０２を移動させる駆動部２０１と、駆動部２０１および記録媒体３００を固定するベース２００と、コリメーターレンズ４０１と集光レンズ４との間の光路上に配置され、コリメーターレンズ４０１からの平行ビーム５を透過し、記録媒体３００からの戻り光を反射するビームスプリッター４００と、ビームスプリッター４００で反射された戻り光を検出する光検出器４０３を備えている。

記録媒体３００は、透明基板３０１と、透明基板３０１の上に形成された記録層３０２から構成されており、記録層３０２を上にして、ベース２００上に固定されている。光プローブ３は、その先端が記録層３０２に近接するように配置されている。

上記の光プローブ素子２０は、図２に示すように、透光性の平面基板１と、平面基板１の片面に突出するように形成された透光性のほぼ円錐形の光プローブ３と、平面基板１の、光プローブ３が設けられている面に、光プローブ３の先端を除いて形成された反射膜２から構成されている。光プローブ３の先端の反射膜２が形成されていない部分の大きさはｎｍオーダーである。

上記の構成において、記録媒体３００に情報を記録する場合、光源４０２からの光を情報に応じて強度変調する。変調光はコリメーターレンズ４０１で平行ビーム５に変換され、ビームスプリッター４００を透過し、集光レンズ４で光プローブ３に収斂される。

収斂光は、光プローブ素子２０の平面基板１を透過して光プローブ３に入射し、回折限界以下の径に絞り込まれる。つまり、光プローブ３の先端の反射膜２が形成されていない開口部の大きさ程度（ｎｍオーダー）にまで絞り込まれる。

光プローブ３で得られた微小光６は、記録媒体３００の記録層３０２に照射される。照射された部分は、微小光６の強度に応じ温度上昇する。

記録層３０２が相変化型の材料で作られておれば、情報に応じて構造が変化する。記録層３０２が、磁性材料で作られておれば、情報に応じて磁化状態が変化する。このようにして、記録層３０２に情報が記録される。

記録媒体３００から情報を再生する場合、情報を記録する場合よりも強度が弱く、かつ、一定の光を光源４０２から出射させる。上記と同様にして、光プローブ３で得られた微小光６は、記録媒体３００の記録層３０２に照射される。

記録層３０２からの戻り光は、光プローブ３で取り込まれて発散光になり、集光レンズ４で集光される。集光された光は、ビームスプリッター４００で反射され、光検出器４０３に導かれる。光検出器４０３は、記録層３０２からの戻り光の強度あるいは偏光面の回転を検出し、電気信号に変換する。この電気信号に基づいて情報が再生される。

以上のように、本参考例の記録再生装置では、光プローブ３からの微小光６を用いているので、ｎｍオーダーの領域に対して情報の記録再生を行うことができる。

次に、上記の記録再生装置（Ａ１）のバリエーションについて説明する。なお、添字付きの英文字で各バリエーションを区別する。

記録再生装置（Ａ２）は、図３に示すように、光検出器４０３を記録媒体３００の平面基板１側に配置した構成になっており、記録媒体３００を透過した光に基づいて情報を再生する。これによれば、記録再生装置（Ａ１）では必要なビームスプリッター４００を省略できるので、構成が簡素化する。

記録再生装置（Ａ３）は、図４に示すように、光源４０２からの光の代わりに、光ファイバー４０４からの光を集光レンズ４に直接導く構成になっている。これによれば、記録再生装置（Ａ２）で必要なコリメーターレンズ４０１を省略できるので、構成がさらに簡素化する。

記録再生装置（Ａ４）は、図５に示すように、ベース２００を透光性の材料で作り、ベース２００側から記録媒体３００の全面に均一な光４０５を照射する構成になっている。光検出器４０３は集光レンズ４の光プローブ素子２０側とは反対側に配置されており、記録媒体３００の透過光を光プローブ３でピックアップすることにより情報を再生する。これによれば、記録媒体３００に微小光６を入射させる記録再生装置（Ａ１）〜（Ａ３）と比較して、簡素な構成の再生装置を実現できる。

記録再生装置（Ａ５）は、図６に示すように、記録媒体３００に入射する均一な光４０５が記録媒体３００で全反射するように入射角度を設定し、記録媒体３００から漏れ出すエバネッセント光を検出することにより、情報を再生する構成になっている。これにより、再生装置（Ａ４）と同様に、簡素な構成の再生装置を実現できる。

記録再生装置（Ａ６）は、図７に示すように、記録再生装置（Ａ４、Ａ５）に複数の光プローブ３…を有する光プローブ素子２０を設けた構成になっている。この光プローブ素子２０には、図８に示すように、光プローブ３…が２次元配置されている。これによれば、記録媒体３００上のアクセスしたい部分に最も近い光プローブ３…を用いて情報の記録再生を行うことが可能になるので、高速記録再生を行うことができる。また、記録媒体３００上の複数の部分に対して同時記録、同時再生あるいは、同時記録および同時再生を行うことが可能になるので、さらに高速の記録再生を行うことができる。

次に、上記の光プローブ素子２０の製造方法について説明する。なお、製造方法にはバリエーションがあり、これらを添字付きの英文字で区別する。

製造方法（Ｐ１１）では、図９に示すように、まず、平面基板１上の光プローブ３を形成したい位置に、フォトレジストからなるマスク１０を形成する（同図（ａ））。マスク１０の径は、後述するように、４〜２０μｍである。次に、平面基板１を等方性エッチングする（同図（ｂ）および（ｃ））。マスク１０の下の平面基板１がアンダーエッチングされ、マスク１０が離脱する。これにより、先端が鋭く尖ったほぼ円錐形の突起２１が平面基板１に形成される。

次に、平面基板１の、突起２１が形成された面に反射膜２を形成する（同図（ｄ））。それから、突起２１の先端部分の反射膜２を除去する（同図（ｅ））。

これにより、平面基板１に光プローブ３が形成される。

突起２１の先端部分の反射膜２の除去は、次の３つの方法のいずれか、あるいは、これらの組み合わせにより行うことができる。

除去方法（Ｅ１）では、強い光を平面基板１側から突起２１に照射する。これにより、突起２１の先端部分の反射膜２を蒸発させる。

除去方法（Ｅ２）では、突起２１を導体に近接して配置する。それから、突起２１と導体との間のトンネル電流を検出することにより突起２１と導体との間の距離を制御しながら、一時的に電界放出が発生する程度の大電流を繰り返し流す。これにより、突起２１の先端部分の反射膜２を蒸発させる。

除去方法（Ｅ３）では、電界エッチングを行う。突起２１の先端部分に電界が集中するので、ここでのみエッチングが行われる。

上記の製造方法（Ｐ１１）において、光プローブ３が光をより効率的に絞り込むようにするため、マスク１０の形状は円形であることが好ましい。また、光プローブ３が集光レンズ４により絞り込まれた光を全て受け入れるようにするため、マスク１０の径は４〜２０μｍであることが好ましい。

平面基板１に石英ガラス、アルミノ珪酸ガラス等のガラスを用いた場合、フッ酸とフッ化アンモニウムを混合した緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行うことが好ましい。

次に、上記の製造方法（Ｐ１１）の具体例を示す。

アルミノ珪酸ガラスからなる平面基板１の片面に、厚さが１μｍ、直径が１０μｍの円形のフォトレジストからなるマスク１０を形成し、フッ酸とフッ化アンモニウムを混合した緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行って、突起２１を形成した。それから、Ｗの反射膜２を形成し、ＫＯＨ溶液中で反射膜２に電圧を印加して電界エッチングを行うことにより、突起２１の先端部分の反射膜２を除去した。これにより、突起２１の先端に直径が１０ｎｍ程度の開口部を有する光プローブ３を形成できた。

この光プローブ素子２０を記録再生装置（図１）にセットして、記録再生テストを行った。

記録媒体３００の記録層３０２には、膜厚が４０ｎｍの非晶質のＩｎＳｂＴｅを用いた。光プローブ３を駆動部２０１で移動させながら、半導体レーザーからなる光源４０２から、５ｍＷのレーザー光のパルスを光プローブ３に導き、記録媒体３００に照射した。これにより、記録層３０２には、結晶化した領域が飛び飛びに形成された。結晶化した各領域の大きさは１０ｎｍ程度であった。つまり、各領域の大きさは光プローブ３の開口部の大きさにほぼ等しかった。この結果から、光プローブ３により情報を高密度記録できることが分かった。

次に、１ｍＷの一定のレーザー光を光プローブ３に導き、前記結晶化した領域に沿って走査した。これにより、光検出器４０３からパルス状の信号が得られた。つまり、非晶質領域と結晶領域とでは、反射率が異なるため、パルス状の信号が得られた。この結果から、光プローブ３により高密度記録された情報を再生できることが分かった。

製造方法（Ｐ１２）では、図１０に示すように、平面基板１上の光プローブ３を形成したい位置に、フォトレジストからなるマスク１０を形成した後、フォトレジストの変形温度以上の温度でポストベークする。フォトレジストと平面基板１との間に働く表面張力のため、マスク１０は先端部分の尖ったほぼ円錐形のマスク１１になる（同図（ａ））。

それから、マスク１１が無くなるまで、異方性エッチングを行う（同図（ｂ）および（ｃ））。これにより、マスク１１と同様の、先端が尖ったほぼ円錐形の突起２１が形成される。

これに続くプロセス（同図（ｄ）〜（ｅ））は、製造方法（Ｐ11）のプロセス（図９（ｄ）〜（ｅ））と同じである。

平面基板１に石英ガラス、アルミノ珪酸ガラス等のガラスを用いた場合、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃等のエッチングガスを用いたドライエッチングにより、異方性エッチングを行うことが好ましい。

次に、上記の製造方法（Ｐ１２）の具体例を示す。

石英ガラスからなる平面基板１の片面に、厚さが５μｍ、直径が５μｍの円形のフォトレジストからなるマスク１０を形成し、フォトレジストの変形温度以上の温度である１５０℃まで昇温して３０分間ベーキングを行った。これにより、マスク１０は先端部分の尖ったほぼ円錐形のマスク１１になった。ＣＦ₄を用いたドライエッチングを、マスク１１が無くなるまで行って、突起２１を形成した。それから、Ｗの反射膜２を形成し、ＫＯＨ溶液中で電界エッチングすることにより、突起２１の先端に直径が２０ｎｍ程度の開口部を有する光プローブ３を形成できた。

この光プローブ素子２０を記録再生装置（図３）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記の通りである。その結果、２０ｎｍ程度の結晶化した領域を形成でき、再生も良好にできた。

製造方法（Ｐ１３）では、図１１に示すように、平面基板１上の光プローブ３を形成したい位置に、フォトレジストからなるマスク１０を形成した（同図（ａ））後、まず、異方性エッチングを行う（同図（ｂ））点で前記製造方法（Ｐ１１）と異なっている。マスク１０の下の平面基板１を除いて、平面基板１がエッチングされるため、平面基板１にステップ４０が形成される。

これに続くプロセス（同図（ｃ）〜（ｆ））は、製造方法（Ｐ１１）のプロセス（図９（ｂ）〜（ｅ））と同じである。

本製造方法（Ｐ１３）では、ステップ４０に突起２１が形成されるので、製造方法（Ｐ１１）と比較して、突起２１が鋭くなる。これにより、光プローブ３の先端の開口部をより小さくすることができる。

次に、上記の製造方法（Ｐ１３）の具体例を示す。

石英ガラスからなる平面基板１の片面に、厚さが５μｍ、直径が５μｍの円形のフォトレジストからなるマスク１０を形成し、露出した平面基板１をＣＦ₄を用いたドライエッチングを行って、段差が約４μｍのステップ４０を形成した。次に、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行って、突起２１を形成した。それから、Ｗの反射膜２を形成し、反射膜２に電圧を印加してＫＯＨ溶液中で電界エッチングすることにより、突起２１の先端部分の反射膜２を除去した。これにより、突起２１の先端に直径が５ｎｍ程度の開口部を有する光プローブ３を形成できた。

この光プローブ素子２０を記録再生装置（図１）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記の通りである（ただし、記録層３０２の膜厚は２０ｎｍ）。その結果、５ｎｍ程度の結晶化した領域を形成でき、再生も良好にできた。

製造方法（Ｐ１４）では、図１２に示すように、前記製造方法（Ｐ１２）と同様にして、平面基板１上の光プローブ３を形成したい位置に、先端部分の尖ったほぼ円錐形のマスク１１を形成する（同図（ａ））。

これに続くプロセス（同図（ｂ）〜（ｅ））は、製造方法（Ｐ１３）のプロセス（図１１（ｄ）〜（ｆ））と同じである。

本製造方法（Ｐ１４）では、ほぼ円錐台形のステップ４１に突起２１が形成されるので、前記製造方法（Ｐ１３）と比較して、円錐面が滑らかな突起２１が得られる。これにより、より効率的に光を光プローブ３の先端に導くことができる。

次に、上記の製造方法（Ｐ１４）の具体例を示す。

石英ガラスからなる平面基板１の片面に、厚さが５μｍ、直径が５μｍの円形のフォトレジストからなるマスク１０を形成し、フォトレジストの変形温度以上の温度である１５０℃まで昇温して３０分間ベーキングを行った。これにより、マスク１０は先端部分の尖ったほぼ円錐形のマスク１１になった。ＣＦ₄を用いたドライエッチングを行って、段差が約４μｍのステップ４１を形成した。次に、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行って、突起２１を形成した。それから、Ｗの反射膜２を形成し、反射膜２に電圧を印加してＫＯＨ溶液中で電界エッチングすることにより、突起２１の先端部分の反射膜２を除去した。これにより、突起２１の先端に直径が５ｎｍ程度の開口部を有する光プローブ３を形成できた。

この光プローブ素子２０を記録再生装置（図３）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記の通りである（ただし、記録層３０２の膜厚が２０ｎｍ）。その結果、５ｎｍ程度の結晶化した領域を形成でき、再生も良好にできた。

製造方法（Ｐ１５）では、図１３に示すように、まず、平面基板１上に密着性強化層７を形成してから、光プローブ３を形成したい位置に、フォトレジストからなるマスク１０を形成する（同図（ａ））点で、前記製造方法（Ｐ１１）と異なっている。

この後、エッチングにより、露出した密着性強化層７を除去する（同図（ｂ））。これに続くプロセス（同図（ｃ）〜（ｆ））は、製造方法（Ｐ１１）のプロセス（図９（ｂ）〜（ｅ））と同じである。

本製造方法（Ｐ１５）では、平面基板１とマスク１０との間に密着性強化層７を設けたので、マスク１０が平面基板１から剥がれにくくなる。これにより、確実に突起２１を形成できる。

密着性強化層７には、平面基板１の等方性エッチングのプロセス（同図（ｃ））において、エッチングされない材料を使用することが好ましい。例えば、平面基板１にガラスを採用して、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行う場合、密着性強化層７には、緩衝フッ酸でエッチングされないＴａ、Ａｕ、Ｐｔ等の材料を用いることが好ましい。しかしながら、平面基板１よりエッチングされにくい材料であれば、特に限定されるものではない。

次に、上記の製造方法（Ｐ１５）の具体例を示す。

アルミノ珪酸ガラスからなる平面基板１の片面に、厚さが５０ｎｍのＴａからなる密着性強化層７を形成した後、厚さが１μｍ、直径が１０μｍの円形のフォトレジストからなるマスク１０を形成し、露出した密着性強化層７をＣＦ4 を用いたドライエッチングで除去した。次に、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行って、突起２１を形成した。それから、Ｗの反射膜２を形成し、反射膜２に電圧を印加してＫＯＨ溶液中で電界エッチングすることにより、突起２１の先端部分の反射膜２を除去した。これにより、突起２１の先端に直径が１０ｎｍ程度の開口部を有する光プローブ３を形成できた。

この光プローブ素子２０を記録再生装置（図４）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記の通りである。その結果、１０ｎｍ程度の結晶化した領域を形成でき、再生も良好にできた。

次に、光プローブ素子２０のバリエーションについて説明する。

光プローブ素子２０（Ｐ２）は、図１４に示すように、光プローブ３を平面基板１の凹部１ａに形成した構成になっている。これに対し、前記の光プローブ素子２０（Ｐ１）は、光プローブ３を平面基板１の片面に突出するように形成した構成になっている。

以下、光プローブ素子２０（Ｐ２）の製造方法について説明する。

製造方法（Ｐ２１）では、図１５に示すように、まず、平面基板１上の光プローブ３を形成したい位置を除いて、フォトレジストからなるマスク１２を形成する（同図（ａ））。マスク１２のない平面基板１の部分６０の径は、後述するように、１〜５μｍである。次に、平面基板１を等方性エッチングすることにより、凹部１ａを形成する（同図（ｂ））。このとき、平面基板１の部分６０がエッチングされるだけでなく、マスク１０の下の平面基板１の、部分６０の近傍もアンダーエッチングされる。

次に、透明誘電体材料をスパッタリングする。これにより、マスク１２の上に透明誘電体材料からなる透明膜８が形成されるとともに、凹部１ａの中に、透明誘電体材料からなり先端の尖ったほぼ円錐形の突起２１が形成される（同図（ｃ））。つまり、凹部１ａの中には、透明誘電体材料の粒子が種々な方向からデポジットされるため、突起２１が形成される。

次に、マスク１２と共に透明膜８を除去した後、平面基板１の、突起２１が形成された面に反射膜２を形成する（同図（ｄ））。それから、突起２１の先端部分の反射膜２を除去する（同図（ｅ））。これにより、平面基板１に光プローブ３が形成される。

上記の製造方法（Ｐ２１）において、光プローブ３が光をより効率的に絞り込むため、部分６０の形状は円形であることが好ましい。また、先端の尖ったほぼ円錐形の突起２１を形成するために、部分６０の径は１〜５μｍであることが好ましい。

透明誘電体材料は、平面基板１と同じ材料（例えば、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＯ）であることが好ましい。しかしながら、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＯ₂等も用いることができる。

次に、上記の製造方法（Ｐ２１）の具体例を示す。

石英ガラスからなる平面基板１の片面に、直径が２μｍの円形の平面基板１の部分６０を除いて、厚さが１μｍのフォトレジストからなるマスク１２を形成し、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行って、凹部１ａを形成した。次に、ＳｉＯ₂をスパッタリングし、マスク１２の上に厚さが５μｍの透明膜８を形成するとともに、凹部１ａの中に突起２１を形成した。それから、マスク１２とともに透明膜８を除去し、Ｗの反射膜２を形成し、電界エッチングすることにより、突起２１の先端部分の反射膜２を除去した。これにより、突起２１の先端に直径が５ｎｍ程度の開口部を有する光プローブ３を形成できた。

この光プローブ素子２０を記録再生装置（図１）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記の通りである（ただし、記録層３０２の膜厚は２０ｎｍ）。その結果、５ｎｍ程度の結晶化した領域を形成でき、再生も良好にできた。

製造方法（Ｐ２２）では、図１６に示すように、マスク１２を形成した後（同図（ａ））、まず、異方性エッチングを行う（同図（ｂ））点で、前記製造方法（Ｐ21）と異なっている。

これに続くプロセス（同図（ｃ）〜（ｆ））は、製造方法（Ｐ２１）のプロセス（図１５（ｂ）〜（ｅ））と同じである。

本製造方法（Ｐ２２）では、異方性エッチングを行ってから、等方性エッチングを行うことにより、凹部１ａを形成しているので、製造方法（Ｐ２１）と比較して、凹部１ａを精度良く形成できる。

次に、上記の製造方法（Ｐ２２）の具体例を示す。

石英ガラスからなる平面基板１の片面に、直径が３μｍの円形の平面基板１の部分６０を除いて、厚さが４μｍのフォトレジストからなるマスク１２を形成し、ＣＦ₄を用いたドライエッチングにより、３μｍの深さまで異方性エッチングを行った後、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングにより、等方性エッチングを行って、深さが５μｍの凹部１ａを形成した。次に、ＳｉＯ₂をスパッタリングし、マスク１２の上に厚さが５μｍの透明膜８を形成するとともに、凹部１ａの中に突起２１を形成した。それから、マスク１２とともに透明膜８を除去し、Ｗの反射膜２を形成し、電界エッチングすることにより、突起２１の先端部分の反射膜２を除去した。これにより、突起２１の先端に直径が５ｎｍ程度の開口部を有する光プローブ３を形成できた。

この光プローブ素子２０を記録再生装置（図３）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記の通りである（ただし、記録層３０２の膜厚は２０ｎｍ）。その結果、５ｎｍ程度の結晶化した領域を形成でき、再生も良好にできた。

以上のように、参考例の光プローブ素子は、透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であるとともに、上記光プローブの突起は上記平面基板の片面がエッチングされることにより形成されたものであり、集光レンズで収斂された収斂光が、上記光プローブの突起と対向する平面状の部位から上記平面基板に入射し、該平面基板を透過して上記突起に入射するので、半導体プロセス技術を利用して平面基板上に光プローブを形成することが可能となる。これにより、規格のそろった光プローブ素子を効率よく量産することが可能となるという効果を奏する。

さらに、参考例の光プローブ素子は、以上のように、上記の光プローブ素子であって、複数の光プローブが平面基板の片面に形成されているので、上記の効果に加え、複数の情報を同時に記録再生することが可能となるという効果を奏する。

さらに、参考例の光プローブ素子は、以上のように、上記の光プローブ素子であって、各光プローブにそれぞれ焦点を結ぶ、光プローブと同数の集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されているので、上記の効果に加え、外部に対物レンズ等の集光手段を設置しなくて済むという効果を奏する。

また、参考例の記録再生装置は、以上のように、光源と、光源からの光を回折限界以下の径の微小光に絞り込む光プローブ素子とを備え、記録媒体に微小光を照射することにより情報の記録再生を行う記録再生装置において、上記の光プローブ素子は、透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であるとともに、上記光プローブの突起は上記平面基板の片面がエッチングされることにより形成されたものであり、集光レンズで収斂された収斂光が、上記光プローブの突起と対向する平面状の部位から上記平面基板に入射し、該平面基板を透過して上記突起に入射するので、記録再生装置を効率よく量産することが可能となるという効果を奏する。

本発明の実施例について図１７ないし図２６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記の実施例の図面に示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。

本実施例の記録再生装置は、図１７に示すように、マイクロレンズ１００を有する光プローブ素子２０を備えている点で、前記参考例とは異なっている。比較のために、マイクロレンズ１００がない光プローブ素子２０に代えた記録再生装置を図１８に示す。

本実施例の記録再生装置では、マイクロレンズ１００が集光レンズ４の役割を果たすので、外付けの集光レンズ４が不要になり、構成が簡素化する。

光プローブ素子２０は、図１９に示すように、透光性の平面基板１と、平面基板１の片面に突出するように形成された透光性のほぼ円錐形の光プローブ３と、平面基板１の、光プローブ３が設けられている面に、光プローブ３の先端を除いて形成された反射膜２と、平面基板１の、光プローブ３が設けられている面とは反対側の面の、光プローブ３に対向する位置に形成されたマイクロレンズ１００から構成されている。光プローブ３の先端の反射膜２が形成されていない部分の大きさはｎｍオーダーである。マイクロレンズ１００は、光プローブ３からの光を効率良く集光できるように、その焦点に光プローブ３が位置するように形成されている。

図２０に示す記録再生装置は、上記の記録再生装置のバリエーションであり、複数の光プローブ３…および、これに対応する複数のマイクロレンズ１００…を有する光プローブ素子２０を備えている。この光プローブ素子２０には、図２１に示すように、光プローブ３…およびマイクロレンズ１００…が２次元配置されている。これによれば、簡素な構成で高速の記録再生を行うことができる。

上記の光プローブ素子２０を製造する場合、図２２に示すように、まず、平面基板１の片面にマイクロレンズ１００を形成する（同図（ａ））。それから、平面基板１の、マイクロレンズ１００が形成されていない側の面に光プローブ３を形成する。光プローブ３の形成プロセス（同図（ｂ）〜（ｆ））は、前記参考例の製造方法（Ｐ１１）のプロセス（図９（ａ）〜（ｅ））と同じである。

図２３に示す光プローブ素子２０は、上記の光プローブ素子２０のバリエーションであり、光プローブ３を平面基板１の凹部１ａに形成した構成になっている。

この光プローブ素子２０を製造する場合、図２４に示すように、まず、平面基板１の片面にマイクロレンズ１００を形成する（同図（ａ））。それから、平面基板１の、マイクロレンズ１００が形成されていない側の面に光プローブ３を形成する。光プローブ３の形成プロセス（同図（ｂ）〜（ｆ））は、前記参考例の製造方法（Ｐ２１）のプロセス（図１５（ａ）〜（ｅ））と同じである。

上記の光プローブ素子２０のマイクロレンズ１００を、図２５および図２６に示すように、フレネルレンズ１１０に代えてもよい。フレネルレンズ１１０は、マイクロレンズ１００と同様に、光プローブ３からの光を効率良く集光できるように、その焦点に光プローブ３が位置するように形成されている。

なお、本実施例の光プローブ素子２０の製造方法において、平面基板１にマイクロレンズ１００またはフレネルレンズ１１０を形成した後のプロセスは、前記参考例の製造方法と同じであるので、それらをすべて利用できる。

上記の光プローブ素子２０を記録再生装置（図１７）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記実施例と同じである。その結果、光プローブ３の開口部の大きさ（１０ｎｍ程度）にほぼ等しい結晶化した領域を記録層３０２に形成でき、再生も良好にできた。

また、上記の複数の光プローブ３…を有する光プローブ素子２０を記録再生装置（図２０）にセットして、記録再生テストを行った。テスト条件は前記参考例と同じである。その結果、光プローブ３の開口部の大きさ（１０ｎｍ程度）にほぼ等しい結晶化した領域を記録層３０２に形成でき、再生も良好にできた。さらに、各光プローブ３に対応する光検出器４０３を設けることにより、情報を同時再生できた。

以上の実施例において、光プローブ素子２０よりも大きな平面基板１上に多数の光プローブ３を形成してから、必要な数の光プローブ３…を有する平面基板１を切り出すようにすれば、効率的に光プローブ素子２０を製造できる。

本発明に対する参考例を示すものであり、記録再生装置の概略の構成を示す説明図である。 図１の記録再生装置における、光プローブ素子の概略の構成を示す説明図である。 図１の記録再生装置のバリエーションを示す説明図である。 図１の記録再生装置の他のバリエーションを示す説明図である。 図１の記録再生装置のその他のバリエーションを示す説明図である。 図１の記録再生装置のその他のバリエーションを示す説明図である。 図１の記録再生装置のその他のバリエーションを示す説明図であり、複数の光プローブからなる光プローブ素子を備えた記録再生装置を示している。 図７の記録再生装置における、光プローブ素子の概略の構成を示す説明図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図である。 図２の光プローブ素子の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｅ）は各プロセスを示している。 図２の光プローブ素子の他の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｅ）は各プロセスを示している。 図２の光プローブ素子のその他の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｆ）は各プロセスを示している。 図２の光プローブ素子のその他の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｅ）は各プロセスを示している。 図２の光プローブ素子のその他の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｆ）は各プロセスを示している。 図１の記録再生装置における、他の光プローブ素子の概略の構成を示す説明図である 図１４の光プローブ素子の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｅ）は各プロセスを示している。 図１４の光プローブ素子の他の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｆ）は各プロセスを示している。 本発明の実施例を示すものであり、記録再生装置の概略の構成を示す説明図である。 図１７の記録再生装置の比較例を示すものであり、記録再生装置の概略の構成を示す説明図である。 図１７の記録再生装置における、光プローブ素子の概略の構成を示す説明図である。 図１７の記録再生装置のバリエーションを示す説明図であり、複数の光プローブからなる光プローブ素子を備えた記録再生装置を示している。 図２０の記録再生装置における、光プローブ素子の概略の構成を示す正面図である。 図１９の光プローブ素子の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｆ）は各プロセスを示している。 図１７の記録再生装置における、他の光プローブ素子の概略の構成を示す説明図である。 図２３の光プローブ素子の製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｆ）は各プロセスを示している。 図１７の記録再生装置における、他の光プローブ素子の概略の構成を示す説明図である。 図１７の記録再生装置における、その他の光プローブ素子の概略の構成を示す説明図である。 従来の記録再生装置の概略の構成を示す説明図である。 図２７の光プローブの製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）ないし（ｃ）は各プロセスを示している。

符号の説明

１ 平面基板
１ａ 凹部
２ 反射膜
３ 光プローブ
６ 微小光
７ 密着強化層
８ 透明膜
１０ マスク
１１ マスク
１２ マスク
２０ 光プローブ素子
２１ 突起
１００ マイクロレンズ
１１０ フレネルレンズ
３００ 記録媒体
３０２ 記録媒体層
４０２ 光源

Claims (4)

1. 透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であり、
   光プローブに焦点を結ぶ集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されていることを特徴とする光プローブ素子。
2. 集光手段は、単レンズまたはフレネルレンズのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の光プローブ素子。
3. 光源と、光源からの光を回折限界以下の径の微小光に絞り込む光プローブ素子とを備え、記録媒体に微小光を照射することにより情報の記録再生を行う記録再生装置において、
   上記の光プローブ素子は、透光性材料からなるほぼ円錐形の突起と、突起の先端部分を除いて突起の円錐面に形成された反射膜からなる光プローブが、透光性材料からなる平面基板の片面に形成され、且つ、該平面基板の他方の面が平面状であり、
   光プローブに焦点を結ぶ集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されていることを特徴とする記録再生装置。
4. 複数の光プローブが平面基板の片面に形成されており、各光プローブにそれぞれ焦点を結ぶ、光プローブと同数の集光手段が、光プローブが形成されていない側の平面基板面に形成されていることを特徴とする請求項３記載の記録再生装置。

Images