JP2006208335A

JP2006208335A - 近接場光プローブユニット作製装置及びその作製方法

Info

Publication number: JP2006208335A
Application number: JP2005024428A
Authority: JP
Inventors: Masahito Takada; 将人高田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】近接場光測定を行うための試料へのアプローチ動作を効率的に行うことでき、しかもプローブの試料への衝突による破損を防ぐことが可能な近接場光プローブユニットを作製する近接場光プローブユニット作成装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ２を固定する固定手段６と、光ファイバ２を突き当てる突当面１８ａと、固定手段６の基準面から突当面１８ａまでの距離を検出する距離検出手段２２と、固定手段６の基準面６ａと突当面１８ａの距離を制御する距離制御手段１５と、光ファイバ２をエッチングして先鋭化するエッチング手段１６、１７と、光ファイバ２の端面に遮光膜を成膜する遮光膜成膜手段とを備えるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、走査型近接場光顕微鏡で用いる近接場光プローブユニットを作製する近接場光プローブユニット作製装置及びその作製方法に関するものである。

物質表面の表面形状等の測定を行う際、光学顕微鏡では回折限界のため分解能は使用する光の波長もしくはその半分程度に留まってしまうことが知られている。しかし近年の科学技術の進歩に伴い、例えば、半導体等の微細形状を有する製品の検査やＤＮＡ等の生体組織の測定に要求される分解能はナノメートルオーダーになっている。
このナノメートルオーダーの測定を可能とするものとして原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、そして前述の回折限界を打破した走査型近接場光顕微鏡（ＳＮＯＭ）などが挙げられる。
これらナノメートルオーダーでの測定が可能な顕微鏡のうちＡＦＭやＳＴＭが被測定物の表面形状のみしか測定できないのに対しＳＮＯＭはその光学特性、さらには物質の組成分析も行えるメリットがある。
以上で述べたような近接場光を利用した顕微鏡では、プローブ先端に設けられた微小開口径とほぼ同じ領域に近接場光が存在する。そのためプローブと試料をｎｍオーダーで接近させ、その状態を保ちながら相対的に走査しながら測定を行うこととなる。
つまり、測定に先駆けプローブと試料を予めアプローチさせなくてはいけないが、このときに両者を衝突させてしまうとプローブが破損し、所望の分解能が達成できなくなってしまう。プローブと試料間の距離は一般的にシアフォースとよばれる剪断応力を利用して検出する。すなわちプローブを横方向に振動させ、この振動状態をモニタリングする方法で検出している。
なお、先行文献としては、非特許文献１に水晶振動子（以下、ＴＦ）に接着されたプローブは、ＴＦの共振周波数で加振されながら試料へと粗動アクチュエータにより接近される。このとき、プローブと試料間の距離が数十ｎｍ以下になったとき、両者にシアフォースと呼ばれる力が働き、共振状態に変化が生じるので、両者が所望の距離となるよう微動アクチュエータに切り換えて駆動する技術が提案されている。
特許文献１には、光ファイバをフッ酸等によってエッチングすることによって、その端面を先鋭化している光ファイバプローブ及びその製造方法が開示されている。さらに金属遮光膜を成膜した後に微小開口を作製することで、近接場光プローブを作製する技術が開示されている。
特許文献２には、プローブと試料間に電圧を印加することで静電気力を発生させ、この力を検出することでプローブと試料間距離の制御を行っているプローブ型顕微鏡及び情報記録再生装置が開示されている。
特開平７−２６０４５９号公報特開２００１−４５１９公報カレッド・カライ等(Khaled Karrai,et al)著「近接場光顕微鏡用の圧電チップサンプル距離制御装置（Piezoelectric tip-sample distance control for near field optical microscopes）」応用物理論文（Applied Physics Letters）66(14),1995年4月3日,p.1842

しかしながら、従来の近接場光を利用した顕微鏡では、上記したようにプローブを横方向に振動させ、この振動状態をモニタリングする方法で検出するようにしているが、この場合は、１０ｎｍ程度まで接近させないと振動状態が変化しないため、非常にゆっくりとしたスピード近づける必要がある。そのため、プローブを近接場光測定が可能な位置までセットするために多大な時間が必要となってしまう問題がある。
ＣＣＤカメラでプローブと試料間の距離を観察し、ある程度の距離まで近づけた後にＰＺＴ（圧電素子）などの微動アクチュエータでアプローチする方法もあるが、装置が大型化を招いてしまうとともに、高倍率な対物レンズを用いた場合には焦点深度が浅くなるため、ＣＣＤの観察を行うための調整時間も多く費やすことになってしまう。
また被特許文献１の場合も、シアフォースが働く領域までは接近速度を充分に遅くしなければプローブの停止が間に合わず、試料に衝突して破損してしまう。しかし、プローブと試料の初期間隔が例えば１０μｍであった場合、プローブを１０ｎｍ／秒でアプローチするとシアフォースが働くまでに約１７分もかかってしまい、測定効率が非常に悪くなってしまう。さらに、もしも誤って両者を衝突させてしまった場合、その交換はさらに煩わしく、数十分以上の時間を要するという欠点があった。
また特許文献１の作製方法は現在最も一般的に用いられている方法であり、性能・再現性も良いとされるが、プローブ先端までの距離に関しては全く触れておらず、実際に使用するにあたっては試料に対して僅かずつ近づける必要があり、測定に要する時間も多大となってしまう欠点がある。
また特許文献２のプローブ型顕微鏡及び情報記録再生装置はアプローチを迅速に行うために有効な方法の１つであるが、電圧を印加する必要があるため絶縁体などの試料に対しては適用できないものであった。
このため、従来からプローブを破損することなく迅速に近接場光領域まで試料に対してアプローチさせることが可能な近接場光プローブユニット、近接場光顕微鏡が望まれていた。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、近接場光測定を行うための試料へのアプローチ動作を効率的に行うことができ、しかもプローブの試料への衝突による破損を防ぐことが可能な近接場光プローブユニットを簡便にかつ再現性良く作製することができる近接場光プローブユニット作製装置及びその作製方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、近接場光を発生させるプローブを固着させ、基準面から近接場光プローブ先端まで所定の長さを有するもしくはその長さが明確である近接場光プローブユニットを作製する近接場光プローブユニット作製装置であって、光ファイバを固定する固定手段と、前記光ファイバを突き当てる突当面と、前記固定手段の基準面から前記突当面までの距離を検出する距離検出手段と、前記固定手段の前記基準面と前記突当面の距離を制御する距離制御手段と、前記光ファイバをエッチングして先鋭化するエッチング手段と、前記光ファイバの端面に遮光膜を成膜する遮光膜成膜手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記光ファイバと前記突当面の接触を検知する接触検知手段を備える請求項１記載の近接場光プローブユニット作製装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記接触検知手段は、光源と前記光ファイバに光を導光する導光手段と、前記ファイバ先端から照射され、前記突当面によって反射もしくは透過された光を検出する光検出手段とからなる請求項２記載の近接場光プローブユニット作製装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記接触検知手段は、前記光ファイバを振動させる振動手段と、振動状態を検出する振動状態検出手段とからなる請求項２記載の近接場光プローブユニット作製装置を特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記固定手段の前記基準面から前記光ファイバ先端までの長さを算出する長さ算出手段を備え、前記長さ算出手段により算出した長さ情報に基づき、エッチング条件を制御する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の近接場光プローブユニット作製装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記エッチング手段が成分の異なる複数のエッチング液を所定の順序で前記光ファイバに液浸させる請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の近接場光プローブユニット作製装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、光ファイバを固定する第１の工程と、前記光ファイバを突当面に突き当てる第２の工程と、前記光ファイバを固定した固定部の基準面から前記突当面までの距離を検出する第３の工程と、前記突当面に突き当てた後、所定の量だけファイバを前記突当面から離間させる第４の工程と、前記光ファイバの先端をエッチングして先鋭化する第５の工程と、前記光ファイバの端面に遮光膜を成膜する第６の工程からなる近接場光プローブユニット作製方法を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、前記光ファイバと前記突当面の接触を検出する第７の工程を有する請求項７記載の近接場光プローブユニット作製方法を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、前記第４の工程は、前記第３の工程によって得られる距離情報に基づいてエッチング時間を制御可能な工程である請求項７記載の近接場光プローブユニット作製方法を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、前記第５の工程は、複数のエッチング液によって順次前記光ファイバをエッチングしていく工程である請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の近接場光プローブユニット作製方法を特徴とする。

本発明によれば、距離制御手段によってファイバと突当面を近づけ、ファイバを突当面に接触させることでファイバ固定部基準面からファイバ先端までの長さが把握でき、エッチング手段によってファイバ先端を正確に先鋭化するので、基準面から近接場光プローブ先端までの距離が明確な近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。
このプローブユニットを用いることで、例えば、ＣＣＤカメラのような補助器具なしにプローブを試料まで短時間でアプローチすることが可能となり、かつプローブと試料の衝突による破損を防ぐことが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は一般的な近接場光顕微鏡の構成を示す概略図である。図２は近接場光プローブ固定治具の基準面からプローブ先端までの距離を示す概略図である。
光源（ＬＤ）１から照射されたレーザはレンズ（図示せず）によって集光され光ファイバ２に導光される。光ファイバ２のプローブ端部２ａ（図２参照）の末端はエッチング等によって先鋭化され、ＦＩＢや押し付け法などの手段によってその長手方向末端に微小開口３が形成されているため、近接場光４が発生する。
一般に知られている通り、この近接場光４は開口径とほぼ同じだけの距離内に存在する非伝播光であり、通常は観察されない。しかし、チューブスキャナ１５上に載置された試料２０をこの近接場光領域に近接させると近接場光４が散乱され、伝播光に変換される。
この散乱光が再びプローブ２ａを通り、ビームスプリッタ８によって偏向され、光検出器（ＰＭＴ）９によって検知される。この検知された光の強度や周波数スペクトルに応じて、例えば、その表面形状であるとか試料の構造、組成を測定することが可能となる。
本例では近接場散乱光の検出に関しては、光ファイバ２に戻ってくる光を検出しているが、プローブ２ａに戻らず周囲に散乱していく光もあるので、試料や測定環境に応じてこの光を検出しても良い。
プローブ２ａ−試料２０間の距離制御はシアフォースと呼ばれる力を利用して行うことができる。例えば、近接場光プローブ２ａに水晶振動子（ＴＦ）５を取り付け、波形発生器（ＦＧ）１１によって水平方向に共振させる。
この状態でプローブ先端２ａを試料に近づけるとシアフォースによってその振幅が減少し、共振周波数が変化する。なお、図１中、符号１３はステージコントローラ（ＳＣ）、１４は粗動ステーである。
ロックインアンプ１２を用いてこの振動状態をモニタリングし、一定の状態となるようチューブスキャナ１５を上下方向に位置制御することでプローブ間距離を一定に保つことが可能となる。
さらに、試料２０をプローブ先端２ａに対して垂直な面内で走査・測定し、プローブ位置情報と各地点での近接場散乱光情報の対応付けや解析をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０を用いて統括的に制御することで試料面のデータが得られ、例えばＰＣ１０の画面上に３次元的に表示することも可能である。

このような近接場光顕微鏡において、ネックとなっているのがプローブ先端２ａの末端と試料２０のアプローチである。シアフォースによって検出できるプローブ先端２ａの末端と試料２０間の距離（シアフォース領域）は一般に１０ｎｍ程度とされている。
この微小なエリアまでプローブ２ａを近づけなくてはいけないが、高速で近づけた場合、シアフォースを検知してからステージに停止命令を送ったとしても制御系のオーバーシュート等によってプローブ２ａが試料２０に衝突し破損してしまう。
この破損を防ぐために低速でアプローチした場合、シアフォース領域に到達するのに多大な時間が掛かってしまう。例えば、１００μｍ離れた場所から１０ｎｍ／秒で近づけた場合、シアフォース領域まで達するのに約３時間掛かってしまう。
例えば、ＣＣＤカメラを用いて初期位置をより近い状態にする構成も考えられるが、装置の大型化を招く。また、間隔を精度よく把握するために高倍率の対物レンズを使用すると、その調整時間が増大するといった欠点が生じてしまう。
そこで、図２に示すように、近接場光プローブ固定治具６の基準面６ａからプローブ先端２ａまでの距離（Ａ）が明確な近接場光プローブユニットを実現することでプローブ先端２ａをアプローチさせるべき距離も明確となる。
上述のような欠点を克服し、アプローチ時間の短縮やプローブ破損防止が可能となるような近接場光プローブユニットＢは、例えば、シリコンウェーハなどのように高さが極めて一定な試料を測定する場合に、特に効果が絶大である。

図３は本発明による近接場光プローブユニット作製装置の第１の実施形態を示す概略図である。本発明は上述したような近接場光プローブユニットＢを作製するための近接場光プローブユニットの作製装置を提供する。
図３では、光ファイバ２を固定する光ファイバ固定治具６と、エッチング溶液１７及びその容器１６、突当面１８ａと光ファイバ固定治具６間の距離を検出する変位センサ２２、光ファイバ２のプローブ先端２ａを突き当てる突き当て部材１８から構成されている。
さらに、図３では光ファイバ固定治具６と突き当て部材１８の距離を制御するＺステージ２１及びそのコントローラ（ステージコントローラ（ＳＣ））１３、図示してないがファイバ先端に金属薄膜を成膜する成膜装置で構成されている。

図４〜図８は、図３の装置を用いて近接場光プローブユニットを作製する第１〜第５の作製手順を説明する概略図であり、図９は図４〜図８に示した作製手順を説明するフローチャートである。
先ず、ステップＳ１として、図４に示すように光ファイバ固定治具（部材）６に接着等の接着手段３１によって固定された光ファイバ２のプローブ先端２ａとエッチング容器１６の距離を接近させていく。即ち、突き当て部材１８の突当面１８ａに光ファイバ２のプローブ先端２ａを近づける。
この場合、光ファイバ２のプローブ先端２ａの突当面１８ａ側末端は予めへき開され、平らになっている。また、この段階ではエッチング容器１６にエッチング溶液は入っていない。
次に、ステップＳ２として、図５に示すように光ファイバ２のプローブ先端２ａが突き当て部材１８に接触した時点で接近を止める。
次に、ステップＳ３として、図６に示すように光ファイバ２のプローブ先端２ａと光ファイバ固定部材６の基準面６ａの距離Ｌを変位センサ１９により測定して所定の量ｌだけ離間させる。これは次のステップにおいてエッチング溶液１７がプローブ先端２ａの突当面１８ａ側末端全体に浸らせるための空隙を作るためである。
次に、ステップＳ４として、図７に示すように光ファイバ２を先鋭化させるためのエッチング溶液１７を注入する。エッチング溶液１７としては、フッ化アンモニウムやフッ化水素を混合した溶液が一例として挙げられる。
次に、ステップＳ５として、所定の時間経過すると、図８に示すように先鋭化した先端形状が得られるので、エッチング溶液１７から引き上げる。
続いて、ステップＳ６として、先端を純水等で洗浄し乾燥させた後、蒸着措置やスパッタ装置を用いて金属薄膜を成膜する。この薄膜の厚さは、プローブ先端２ａに表面プラズモンを発生させるのに適した値が金属毎に存在するので、その量だけ成膜すれば良い。
以上のプロセスを経て作製された近接場光プローブユニットは、基準面６ａからプローブ先端２ａの末端までＬの長さ（図５）を有する近接場光プローブユニットとなる。

エッチング条件によっては先鋭化するときに光ファイバ長が短くなる場合もあるので、この条件を考慮することでより高精度にプローブ長さを把握することができる。また、プローブ先端の金属膜厚や曲率半径を考慮に入れれば精度はより高まる。
また変位センサ１９によって測定する位置は、基準面６ａそのものであることが望ましいが、構成上難しい場合は図３で示すような測定面６ｂと基準面６ａの距離Ｌ１を予め測定し、この長さを補正して計算すればよい。また、エッチング溶液の種類やエッチング時間を制御することで、短時間で所望の長さのプローブユニットを作製することもできる。
例えば、長さＬ−ａを有するプローブユニットを作製したい場合、プローブが所定の長さになるまでエッチング時間を制御すればよい。すなわち、光ファイバがエッチングによってａだけ短くなる時間だけ、エッチング溶液に浸しておけばよい。
エッチングレートは混合比によって決まるので、エッチング時間と溶解速度の関係を予め把握しておけば、上述のような時間管理によるプローブ長さ制御は容易である。
また、このときに用いる光ファイバ２のプローブ先端２ａの末端に対する突き当て部材１８は、表面粗さが小さいものでかつエッチング溶液１７に耐性のあるものであれば何でも良く、この条件を満たすのであれば、例えばエッチング容器１６の底面であっても構わない。

図１０は本発明による近接場光プローブユニット作製装置の第２の実施形態を示す概略図である。第１の実施形態で示した装置・方法によって基準面６ａからプローブ先端２ａまでが所定の長さを有する近接場光プローブユニットを作製することができる。
図１０において、近接場光プローブユニット作製装置は、図３の第１の実施形態に記載の装置に加え、光源１と、光ファイバ２のプローブ先端２ａから反射して来て戻ってきた光を分離するビームスプリッタ８と、反射光を検出する光検出器９から構成する。
実際に近接場光顕微鏡もしくは近接場加工装置に組み込んで使用する場合には、試料までアプローチさせる時間の短縮や衝突によるプローブ（試料）の破損を防ぐことが可能となった。
上記装置構成・方法において、光ファイバ２のプローブ先端２ａと突当面１８ａの接触を敏感に検知することが重要である。光ファイバ２は非常に細いものであり、少しの力を加えただけで簡単に撓んでしまう。
接触感度が低く、実際の接触から例えば数十μｍも押し込んでしまった場合、この値がプローブの長さの誤差になってしまうため、上述のような近接場光プローブユニットとしての機能を果たせなくなってしまう。

図１１は第２の実施形態における近接場光プローブユニット作製装置の動作を説明するフローチャートであり、図１０及び図１１を参照して第２の実施形態について説明する。
先ず、ステップＳ１１として、図１０の装置構成において光ファイバ２にレーザを導光し、Ｚステージ２１を駆動して、光ファイバ２のプローブ先端２ａを突当面１８に接近させる。すると突当面１８で反射して光ファイバ２に戻ってくるので、ステップＳ１２として、この反射（透過）光を検出して、続くステップＳ１３において突当面１８ａで反射して光ファイバ２に戻ってくる反射（透過）光を検出して所望の光強度かどうかを判断する。
ステップＳ１４において、光量が増大して突当面１８ａに接触したときに光量が一定になり、所望の強度ならばアプローチを終了する。そして最後に、ステップＳ１５として基準面６ａと突当面１８ａの距離を検出する。
このように光量をモニタリングしながらプローブ先端２ａと突当面１８を近づけることで、光ファイバ２と突当面１８の接触を正確かつ迅速に検知することが可能となる。
かかる構成・動作において、光ファイバ２のプローブ先端２ａと突当面１８ａの接触を正確かつ迅速に検知することで、光ファイバ２の撓み等に起因する誤差を低減することができる。したがって、第１の実施形態に記載のようにプローブ先端２ａまでの長さが明確な近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。
また、上述した構成・動作において、光ファイバ２のプローブ先端２ａから出射し、突当面１８ａで反射もしくは透過した光を検出することで両者の接触を正確に検出できるので、近接場光プローブユニット作製装置を実現することが可能となる。

図１２は本発明による近接場光プローブユニット作製装置の第３の実施形態を示す概略図である。図１３は本発明による第３の実施形態における近接場光プローブユニット作製装置の動作を説明するフローチャートである。
図１２に示すように、例えば図３に示す装置に水晶振動子（ＴＦ）５を加えた構成とする。そして図１３のフローチャートに示すように、ステップＳ２１において、光ファイバ２のプローブ先端２ａを水晶振動子５で共振させた状態で突当面１８ａに接近させる。次に、ステップＳ２２において共振状態を検出する。続くステップＳ２３において、その共振状態が所望の状態かどうか判断し、所望の状態となるまでプローブ先端２ａを突き当てる。次いで、ステップＳ２４において、Ｚステージ２１を駆動して、光ファイバ２のプローブ先端２ａと突当面１８ａを所定の距離だけ離間する。続くステップＳ２５において、エッチング溶液を注入し、ステップＳ２６において光ファイバ２のプローブ先端２ａのエッチングを行った後、ステップＳ２７において金属薄膜を成膜する。
そして所望の開口を作製できた時点で突当面１８ａとプローブユニット基準面６ａの距離を変位計等で測定することで、第２の実施形態と同様にプローブ長を正確に把握した近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。
かかる構成・動作において、光ファイバ２を固定した振動素子５の共振状態に基づいて光ファイバ２のプローブ先端２ａと突当面１８ａの接触を正確に検知できるので、上述した実施の形態と同様に近接場光プローブユニット作製装置を実現することが可能となる。
上述した構成・動作において、算出手段によって光ファイバ固定部（光ファイバ固定治具）６の基準面６ａから光ファイバ２のプローブ先端２ａまでの長さと所望の長さの差を算出する。得られた情報からファイバが所望の長さになるようエッチング条件を制御するので、基準面６ａからプローブ先端２ａまでを所望の長さに制御した近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。

図１４は本発明による近接場光プローブユニット作製方法を説明するフローチャートである。また、ここでは、例えば複数のエッチング液を順次入れ換えることのできる構成とする（図示せず）。
図１４のフローチャートに示すように、光ファイバ２のプローブ先端２ａと突当面１８の接触を検出後、複数のエッチング液に浸すことで、様々な形状の近接場光プローブを作製することができる。
図１４について図１０を参照して説明する。先ず、ステップＳ３１として光ファイバ２のプローブ先端２ａと突当面１８を近づけ、ステップＳ３２において、これらが接触しているかどうか判断し、接触しているならば、続くステップＳ３３において所定の距離だけ離間する。
次に、ステップＳ３４において、第１のエッチング溶液（図示せず）を注入し、ステップＳ３５において、所定の時間だけエッチングする。次いで、ステップＳ３６において、第２のエッチング溶液（図示せず）を注入し、次のステップＳ３７において所定の時間だけエッチングした後、ステップＳ３８において、金属薄膜（図示せず）を成膜して終了する。
例えば第１のエッチング液で角度の広い第１のテーパを、第２のエッチング液で鋭角のテーパを形成することで、光効率も高く、シアフォースによる形状測定分解能も高めたプローブを作製することができる。
また、第１のエッチング液でコアとクラッドを同等の速度で高速に溶解させ、第２のエッチング液でファイバ先端を先鋭化させることで、所定の長さを有する近接場光プローブユニットを短時間で作製することも可能である。

本発明によれば、エッチング手段が複数のエッチング液に光ファイバを順次液浸させるので、プローブ先端２ａの末端テーパ形状を多段とした近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。
例えば、ファイバ先端２ａ末端の突起の根元を広角で先端が鋭角なプローブ形状とすれば、近接場光効率も高く形状測定分解能も高い光ファイバプローブユニットを実現することが可能である。
また、第１のエッチング液でプローブ長さを調整し、第２のエッチング液で先鋭化させることで、所望の長さを有する光ファイバプローブユニットを短時間で作製することも可能である。
本発明によれば、第１及び第２の工程によって、プローブ先端２ａと突当面１８ａの接触を感知し、第３の工程によって、光ファイバ端面がエッチング液に液浸する空隙を作る。
さらに、第４の工程によって基準面６ａから突当面１８ａまでの距離、すなわち基準面６ａからプローブ先端２ａまでの距離を検出し、第５の工程によってプローブ先端２ａを所定の量だけ先鋭化するので、基準面６ａからプローブ先端２ａまでの長さが明確な近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。
さらに、上述の方法に加え、第７の工程によって基準面６ａとプローブ先端２ａの接触を確実かつ迅速に検出するので、光ファイバ２の撓み等に起因する長さ誤差を排除し、基準面６ａからプローブ先端２ａまで正確な長さを有する近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。
第４の工程によって、エッチング条件を制御することでプローブの長さを所望の値とすることができるので、所望の長さを有する近接場光プローブユニットを作製することが可能となる。
また、第５の工程によって、混合比の異なるエッチング液に順次液浸させることができるので、前述の近接場光プローブユニットにおいて、プローブ先端２ａの末端を多段テーパ形状としたり、プローブ長さを短時間で所定の長さにすることが可能となる。
本発明にしたがって作製されるプローブユニットは半導体の構造解析や生体分子の計測等、近接場光顕微鏡で測定される全ての試料へ適用可能であり、とくにシリコンウェーハなどのように形状が極めて安定している試料の測定において、大きな効果が得られる。

一般的な近接場光顕微鏡の構成を示す概略図である。近接場光プローブ固定治具の基準面からプローブ先端までの距離を示す概略図である。本発明による近接場光プローブユニット作製装置の第１の実施形態を示す概略図である。本発明の近接場光プローブユニット作製装置における近接場光プローブユニットの作製手順を説明する概略図である。本発明の近接場光プローブユニット作製装置における近接場光プローブユニットの作製手順を説明する概略図である。本発明の近接場光プローブユニット作製装置における近接場光プローブユニットの作製手順を説明する概略図である。本発明の近接場光プローブユニット作製装置における近接場光プローブユニットの作製手順を説明する概略図である。第１の実施形態の近接場光プローブユニット作製装置による近接場光プローブユニットの作製手順を説明する概略図である。本発明の近接場光プローブユニット作製装置における近接場光プローブユニットの作製手順を説明するフローチャートである。本発明による近接場光プローブユニット作製装置の第２の実施形態を示す概略図である。第２の実施形態の近接場光プローブユニット作製装置による近接場光プローブユニットの作製手順を説明するフローチャートである。本発明による近接場光プローブユニット作製装置の第３の実施形態を示す概略図である。第３の実施形態の近接場光プローブユニット作製装置による近接場光プローブユニットの作製手順を説明するフローチャートである。本発明による近接場光プローブユニット作製方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

Ｂ近接場プローブユニット、１光源（ＬＤ）、２光ファイバ、２ａプローブ先端、３微小開口（プローブ先端の末端の）、４近接場光、５水晶振動子（ＴＦ）、６プローブ固定治具（近接場光プローブ固定治具）、６ａプローブ固定治具の基準面、６ｂ変位センサによる測定面、８ビームスプリッタ、１０パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、１１波形発生器（ＦＧ）、１２ロックインアンプ（ＬＩＡ）、１３ステージコントローラ（ＳＣ）、１５距離制御手段（チューブスキャナ）、１６エッチング・先鋭化手段（エッチング容器）、１７エッチング・先鋭化手段（エッチング溶液）、１８突き当て部材、１８ａ突当面、１９変位センサ、２０試料、２１Ｚステージ、２２距離検出手段（変位センサ）

Claims

近接場光を発生させるプローブを固着させ、基準面から近接場光プローブ先端まで所定の長さを有するもしくはその長さが明確である近接場光プローブユニットを作製する近接場光プローブユニット作製装置であって、光ファイバを固定する固定手段と、前記光ファイバを突き当てる突当面と、前記固定手段の基準面から前記突当面までの距離を検出する距離検出手段と、前記固定手段の前記基準面と前記突当面の距離を制御する距離制御手段と、前記光ファイバをエッチングして先鋭化するエッチング手段と、前記光ファイバの端面に遮光膜を成膜する遮光膜成膜手段と、を備えることを特徴とする近接場光プローブユニット作製装置。
前記光ファイバと前記突当面の接触を検知する接触検知手段を備えることを特徴とする請求項１記載の近接場光プローブユニット作製装置。
前記接触検知手段は、光源と前記光ファイバに光を導光する導光手段と、前記ファイバ先端から照射され、前記突当面によって反射もしくは透過された光を検出する光検出手段とからなることを特徴とする請求項２記載の近接場光プローブユニット作製装置。
前記接触検知手段は、前記光ファイバを振動させる振動手段と、振動状態を検出する振動状態検出手段とからなることを特徴とする請求項２記載の近接場光プローブユニット作製装置。
前記固定手段の前記基準面から前記光ファイバ先端までの長さを算出する長さ算出手段を備え、前記長さ算出手段により算出した長さ情報に基づき、エッチング条件を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の近接場光プローブユニット作製装置。
前記エッチング手段が成分の異なる複数のエッチング液を所定の順序で前記光ファイバに液浸させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の近接場光プローブユニット作製装置。
光ファイバを固定する第１の工程と、前記光ファイバを突当面に突き当てる第２の工程と、前記光ファイバを固定した固定部の基準面から前記突当面までの距離を検出する第３の工程と、前記突当面に突き当てた後、所定の量だけファイバを前記突当面から離間させる第４の工程と、前記光ファイバの先端をエッチングして先鋭化する第５の工程と、前記光ファイバの端面に遮光膜を成膜する第６の工程からなることを特徴とする近接場光プローブユニット作製方法。
さらに、前記光ファイバと前記突当面の接触を検出する第７の工程を有することを特徴とする請求項７記載の近接場光プローブユニット作製方法。
前記第４の工程は、前記第３の工程によって得られる距離情報に基づいてエッチング時間を制御可能な工程であることを特徴とする請求項７記載の近接場光プローブユニット作製方法。
前記第５の工程は、複数のエッチング液によって順次前記光ファイバをエッチングしていく工程であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の近接場光プローブユニット作製方法。