JP2007012223A - プローブ及びその製造方法並びに光記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 先端径の小さなプローブ及びその製造方法並びに鮮明な近接場光記録が可能な光記録装置の提供。
【解決手段】 プローブ本体の先端部に担体層を設ける工程と、前記担体層に金属粒子を担持させる工程と、前記担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせる工程と、を有するか、又は先端部に金属層の設けられたプローブ本体の前記金属層表面に金属イオンを含む自己組織化分子を付着させる工程と、前記自己組織化分子を加熱して前記金属層表面に金属粒子を付着させる工程と、を有するプローブの製造方法及びその方法により得られたプローブ並びに該プローブを備えた光記録装置。
【選択図】 なし
【解決手段】 プローブ本体の先端部に担体層を設ける工程と、前記担体層に金属粒子を担持させる工程と、前記担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせる工程と、を有するか、又は先端部に金属層の設けられたプローブ本体の前記金属層表面に金属イオンを含む自己組織化分子を付着させる工程と、前記自己組織化分子を加熱して前記金属層表面に金属粒子を付着させる工程と、を有するプローブの製造方法及びその方法により得られたプローブ並びに該プローブを備えた光記録装置。
【選択図】 なし
Description
本発明は、プローブ及びその製造方法並びに光記録装置に関し、特に散乱型プローブ及びその製造方法並びに近接場光を用いた光記録装置に関する。
散乱型プローブに光を照射して発生する近接場光を用いた分光分析装置や光記録装置の分解能は、プローブの先端径に依存する。現状のプローブ先端径は100nmΦ程度である。プローブの製造方法として、溶融延伸後、先鋭化した石英針に、金属をコートする方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)
特開2003−065933号公報
特許文献1に記載の製造方法においては、先鋭化した石英針の先端径は20nmΦ程度である。また、金属コートの厚みは40nm×2=80nm以上であるため、その先端径を100nmΦ未満とすることが困難である。これは、プローブ制御上、金属コートをこれよりも薄くできないことによる。
また、このようなプローブを用いた光記録装置における近接場光はそのエネルギーが微弱なため、鮮明な記録が困難である場合があった。プローブの先端で近接場光を発生させるという原理に起因して、プローブの先端径を小さくすればするほど分解能は向上するが近接場エネルギーは減少する。そのため、光記録装置に近接場光の増強を行うかまたは何らかの理化学的原理を加えて近接場記録をアシストする必要があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、先端径の小さなプローブ及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、鮮明な近接場光記録が可能な光記録装置を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、
<1> プローブ本体の先端部に担体層を設ける工程と、前記担体層に金属粒子を担持させる工程と、前記担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせる工程と、を有するプローブの製造方法である。
<2> 先端部に金属層の設けられたプローブ本体の前記金属層表面に金属イオンを含む自己組織化分子を付着させる工程と、前記自己組織化分子を加熱して前記金属層表面に金属粒子を付着させる工程と、を有するプローブの製造方法である。
<3> 前記金属粒子が、Pt、Au、Rh及びAgから選択される少なくとも一種である<1>又は<2>に記載のプローブの製造方法である。
<4> <1>乃至<3>のいずれか1つに記載の方法により製造されたプローブである。
<5> 近接場光により書き込み基板付近に存在する有機金属ガスを分解させて前記書き込み基板上に金属を堆積させる光記録装置であって、<4>に記載のプローブと、前記プローブの先端に光を照射して近接場光を発生させる光源と、前記書き込み基板を載置する金属ステージと、前記書き込み基板付近に前記有機金属ガスを供給するガス供給手段と、前記プローブと前記金属ステージとの間に電場を印加させる印加手段と、を備えた光記録装置である。
<6> 近接場光によりプローブ先端に付着した金属イオンを含む自己組織化分子を分解させて書き込み基板上に金属を堆積させる光記録装置であって、<4>に記載のプローブと、前記プローブの先端に光を照射して近接場光を発生させる光源と、前記書き込み基板を載置する金属ステージと、前記プローブ先端に前記自己組織化分子を付着させる供給手段と、前記プローブと前記金属ステージとの間に電場を印加させる印加手段と、を備えた光記録装置である。
本発明によれば、先端径の小さなプローブ及びその製造方法を提供可能である。さらに本発明によれば、鮮明な近接場光記録が可能な光記録装置を提供可能である。
以下、本発明のプローブ及びその製造方法並びに光記録装置について詳細に説明する。なお、図中同様の機能を有する部材には全図面を通じて同じ符合を付与し、その説明を省略することがある。
<プローブ及びその製造方法>
本発明の第一のプローブの製造方法は、プローブ本体の先端部に担体層を設ける工程と、前記担体層に金属粒子を担持させる工程と、前記担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせる工程と、を有する。担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせることにより、プローブ本体の先端部に先端径が数十nmの金属突起部を形成することができる。この金属突起部が散乱型プローブの先端部として機能する。
本発明の第一のプローブの製造方法は、プローブ本体の先端部に担体層を設ける工程と、前記担体層に金属粒子を担持させる工程と、前記担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせる工程と、を有する。担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせることにより、プローブ本体の先端部に先端径が数十nmの金属突起部を形成することができる。この金属突起部が散乱型プローブの先端部として機能する。
図1は、第一のプローブの製造方法を説明するための図である。図1(A)はプローブ本体10の先端部を示す。プローブ本体10としては、市販のプローブを用いることができる。市販の散乱型プローブは、通常、加熱延伸切断した石英先端部をフッ素酸による化学エッチングにより先鋭化し、表面を金属コートしたプローブである。その径は現状100nmが限界でありそれ以下の径とすることは困難である。
図1(B)は先端部に担体層12の設けられたプローブ本体10を示す。担体層12を構成する材料としては、例えば、Al2O3、MgO及びZrO2が挙げられる。
ここで、Al2O3を例に担体層12の形成方法について説明する。プローブ本体10の先端部にイオンコーター等を用いてAlを膜厚約10nmとなるように蒸着させる。このAl膜を酸素雰囲気下500℃で加熱してAlを酸化してAl2O3とすることにより担体層12を設けることができる。Al2O3を設けることにより金属粒子が安定に保持されるとともに、プローブ寿命を長くすることができる。
MgO又はZrO2を担体層として用いる場合も同様の方法を用いることができる。また、先端部にAl、Mg又はZr層が形成されているプローブ本体を用いる場合、該層を用いて担体層12を形成するようにしてもよい。
担体層12には、金属粒子を担持させる。図1(C)は、担体層12に金属粒子14を担持したプローブ本体10を示す。金属粒子14を担持させる方法は特に限定されるものではないが、濃度が数十%以下の金属錯体水溶液中にプローブ本体10の先端を浸漬させ、その後プローブ本体10を300℃以上に加熱して金属錯体の有機化合物に係る部分を分解揮発させて金属のみを残存させることによって金属粒子14を担体層12に担持させることができる。
金属錯体の具体例としては、Pt、Au等を含む金属錯体を用いることができ、具体的には、例えば、Pt(NO3)4、Pt(NH3)4、Pt(OH)6、PtCl6、Au(NO3)3、Au(NH3)3、Au(OH)3、AuCl3等を挙げることができる。
担体層12に担持された金属粒子14をシンタリングさせて金属粒子14を凝集させることにより数十nmサイズの突起部16を形成する。シンタリングの条件としては、500℃以上が好ましく、650℃以上がさらに好ましい。加熱時間は1時間以上が好ましく、3時間以上がさらに好ましい。図1(D)は突起部16がプローブ本体10の先端部に設けられた状態を示す図である。
第一のプローブの製造方法によれば、先端径が数十nmサイズのプローブを製造することができる。
本発明の第二のプローブの製造方法は、先端部に金属層の設けられたプローブ本体の前記金属層表面に金属イオンを含む自己組織化分子を付着させる工程と、前記自己組織化分子を加熱して前記金属層表面に金属粒子を付着させる工程と、を有する。金属層に付着した金属イオンを含む自己組織化分子を加熱することにより分解し、プローブ本体の先端部に先端径が数nmの金属突起部を形成することができる。この金属突起部が散乱型プローブの先端部として機能する。
図2は、第二のプローブの製造方法を説明するための図である。図2(A)は先端部に金属層18の設けられたプローブ本体10を示す。第二のプローブの製造方法に用いられるプローブ本体10としては、その先端部に金属層18の設けられているものであれば特に限定されるものではない。金属層はイオンコーター等を用いて容易に形成可能である。
金属層18の表面に金属イオンを含む自己組織化分子を付着させる。図2(B)は、金属層18表面に金属イオンを含む自己組織化分子22が付着した状態を示す図である。図2(B)において○は金属と結合可能な官能基を示し、●は金属イオンを示し、波線は官能基と金属イオンとを結ぶ有機基を示す。
金属イオンとしてはAu+、Ag+、Fe2+、Fe3+、Na+、Cu2+、Al3+等が挙げられる。金属と結合可能な官能基としては、SH基、SiCl3基、NH2基等が挙げられる。有機基としては、炭化水素構造で直鎖のものが好ましい。
金属イオンを含む自己組織化分子の具体例としては、HS−C15H30−COOAg、(HS−C15H30−COO)2Cu、(HS−C15H30−COO)3Fe、(HS−C15H30−COO)3Al、AgOOC−C2H4−SiCl3、Al(OOC−C2H4−SiCl3)3等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。HS−C15H30−COOAgを例にとると、図2(B)の○がSH基を、●がAg+イオンを、波線が−C15H30−COO-を意味する。自己組織化分子の付着した金属表面の模式図を図3に示す。
金属層18表面に自己組織化分子22を付着させる方法は特に限定されるものではない。チオール化合物を自己組織化分子22として用いた場合を例にとると、1容量%以下のチオール化合物のエタノール溶液を調製し、このエタノール溶液中にプローブ本体10の先端を10秒程度浸漬させて自然乾燥させることにより自己組織化分子22を金属層18表面に付着させることができる。以上の操作により、チオール化合物が自己組織化する。
その他の方法としては、Au平滑プレート上に自己組織化分子22からなる自己組織化膜を設け、プローブ本体10の先端部を該自己組織化膜にナノオーダーでアプローチさせて擦りつける(スクラッチする)ことにより付着させることができる。これにより、数十〜数百個の自己組織化分子がプローブ表面に付着する。なお、自己組織化分子がプローブ表面に付着した状態で先鋭プローブとして使用することもできる。
Au平滑プレート上に自己組織化膜を設けるには、上述のエタノール溶液にAu平滑プレートを浸漬、乾燥させればよい。
チオール基の硫黄原子とAu、Pt、Ag等の貴金属とは親和力が高く、配位結合に近い状態を形成する。したがって、自己組織化分子は金属イオン側を最表面に向けて自己組織化する。チオール基を含む自己組織化分子を用いる場合、硫黄原子との親和性に優れるAu、Pt、Ag等を金属層18として用いることが好ましい。
金属層18に付着した自己組織化分子22を加熱することにより、自己組織化分子22の有機化合物に係る部分が分解揮発して金属層18に金属粒子が付着する。これにより、数nmサイズの突起部24が形成される。図2(C)は、プローブ本体10に突起部24が形成された状態を示す図である。自己組織化分子22の加熱温度はその種類により適宜選択することができるが、200〜500℃が好ましく、300〜400℃がさらに好ましい。
金属層18に自己組織化分子22を付着させて加熱する工程を繰り返すことにより、図2(D)に示すように突起部24を先鋭化することもできる。自己組織化膜は分子オーダーで配列するため、第二の製造方法によれば、第一の製造方法により得られるプローブよりも先鋭な(約一桁先端径が小さい)プローブを作製できる。
本発明のプローブの製造方法において突起部16又は突起部24を構成する金属としてはPt、Au、Rh及びAgから選択される少なくとも一種あることが好ましい。これら金属は後述する本発明の光記録装置において有機金属ガス又は金属イオンを含む自己組織化分子の解離反応の触媒として作用する。
本発明のプローブは、上述した本発明の製造方法により製造されたものである。本発明のプローブを用いた分光分析装置や光記録装置は分解能に優れる。
<光記録装置>
次に、本発明の光記録装置について説明する。本発明の第一の光記録装置は、近接場光により書き込み基板付近に存在する有機金属ガスを分解させて前記書き込み基板上に金属を堆積させる光記録装置であって、本発明のプローブと、前記プローブの先端に光を照射して近接場光を発生させる光源と、前記書き込み基板を載置する金属ステージと、前記書き込み基板付近に前記有機金属ガスを供給するガス供給手段と、前記プローブと前記金属ステージとの間に電場を印加させる印加手段と、を備えたものである。
次に、本発明の光記録装置について説明する。本発明の第一の光記録装置は、近接場光により書き込み基板付近に存在する有機金属ガスを分解させて前記書き込み基板上に金属を堆積させる光記録装置であって、本発明のプローブと、前記プローブの先端に光を照射して近接場光を発生させる光源と、前記書き込み基板を載置する金属ステージと、前記書き込み基板付近に前記有機金属ガスを供給するガス供給手段と、前記プローブと前記金属ステージとの間に電場を印加させる印加手段と、を備えたものである。
プローブ先端に光を照射することにより、該先端に近接場光が生ずる。近接場光の非断熱効果(加熱的効果)により、有機金属ガスが解離して金属イオンが生ずる。有機金属ガスの解離により生じた金属イオンの飛行方向は、プローブと金属ステージとの間に生ずる電場の作用により、書き込み基板方向に制御されて鮮明な光記録が可能となる。
第一の光記録装置について図面を用いてさらに詳細に説明する。なお、第一のプローブの製造方法により得られた、Ptからなる突起部の形成されたプローブを用い、有機金属ガスとしてZn(CH3)2を用いた場合を例に説明する。
図4は、第一の光記録装置に係る第一実施形態の概略構成図である。図4の光記録装置は、プローブ30と、書き込み基板32を載置する金属ステージ34と、が配設されたチャンバー36と、プローブ30の先端に光を照射してプローブ30の先端部に近接場光を発生させる光源38と、チャンバー36内にZn(CH3)2を供給するガス供給手段40と、プローブ30と金属ステージ34との間に電場を印加させる印加手段42と、を備えてなる。
光源38は、チャンバー36に設けられた窓44を介してプローブ30の先端部に光46を照射できるようになっている。また、バルブV1の開閉を制御することによりチャンバー36内のZn(CH3)2濃度を調節することができる。書き込み基板32は、不図示の駆動装置により回転可能となっており、プローブ30が書き込み基板32表面を走査して光記録可能なようになっている。
図5は、プローブ30の先端部の模式拡大図である。図5(A)に示すように光46がプローブ30の先端部に照射されると、図5(B)に示すようにプローブ30の先端部に近接場光が生ずる。この近接場光がガス状の有機金属を解離させる。また、プローブ30の先端部に付着するPtがZn(CH3)2の解離反応の触媒として働くため、解離反応が促進される。有機金属の解離により生じた金属イオンは、プローブ30と書き込み基板32との間に生ずる電場により発散することなく書き込み基板32方向に移動し、図5(C)に示すように金属イオンが書き込み基板32上に堆積する。このようにして金属細線が書き込み基板32上に形成される。
Zn(CH3)2その他の有機金属ガスの解離反応を促進させるため、プローブ30の先端部に付着する金属はPt、Au、Rh及びAgから選択される少なくとも一種あることが好ましい。
第一の光記録装置に用いられる有機金属ガスとしては、上述のZn(CH3)2のほかに、II属元素やIII属元素のメチル化合物やエチル化合物を用いることができる。具体的には、例えば、Zn(C2H5)2、Al(CH3)3、Zn(C2H5)3等が挙げられる。
また、プローブ30の先端部に照射される光としては、紫外光では光エネルギーが大きく解離反応に有利であるが、プロセスにおける作業者の安全性やプロセスコストの面から可視光を用いることが好ましい。
本発明の第一の光記録装置は本発明のプローブを備えるため分解能に優れる。また、本発明の第一の光記録装置は印加電場により金属発散を防止することができるため鮮明な光記録が可能となる。さらに、プローブの先端部に付着する金属をPt、Au、Rh及びAgから選択される少なくとも一種とすることにより、金属の触媒作用による有機金属ガスの解離を促進し、光記録に係る鮮明度をさらに向上させることができる。
本発明の第二の光記録装置は、近接場光によりプローブ先端に付着した金属イオンを含む自己組織化分子を分解させて書き込み基板上に金属を堆積させる光記録装置であって、本発明のプローブと、前記プローブの先端に光を照射して近接場光を発生させる光源と、前記書き込み基板を載置する金属ステージと、前記プローブ先端に前記自己組織化分子を付着させる供給手段と、前記プローブと前記金属ステージとの間に電場を印加させる印加手段と、を備えたものである。
供給手段によりプローブ先端に金属イオンを含む自己組織化分子を供給すると、プローブ先端に自己組織化膜が形成される。この状態でプローブ先端に光を照射すると該先端に近接場光が生じて該自己組織化分子が解離して金属イオンが生ずる。自己組織化分子の解離により生じた金属イオンの飛行方向は、プローブと金属ステージとの間に生ずる電場の作用により、書き込み基板方向に制御されて鮮明な光記録が可能となる。
第二の光記録装置について図面を用いてさらに詳細に説明する。なお、第一のプローブの製造方法により得られた、Ptからなる突起部の形成されたプローブを用い、自己組織化分子としてHS−C15H30−COOAgを用いた場合を例に説明する。
図6は、第二の光記録装置に係る第一実施形態の概略構成図である。図6の光記録装置は、プローブ30と、書き込み基板32を載置する金属ステージ34と、プローブ30先端に金属イオンを含む自己組織化分子の液滴を付着させる供給手段である噴霧器48と、が配設されたチャンバー36と、プローブ30の先端に光を照射してプローブ30の先端部に近接場光を発生させる光源38と、プローブ30と金属ステージ34との間に電場を印加させる印加手段42と、を備えてなる。光源38は、チャンバー36に設けられた窓44を介してプローブ30の先端部に光46を照射できるようになっている。
図7は、プローブ30の先端部に自己組織化分子が付着した状態の模式拡大図である。プローブ30の先端部に付着した自己組織化分子は分子オーダーで先端部に整列して付着する。そのため、書き込み基板32上に形成される金属細線の線幅を、第一の光記録装置よりも細くすることが可能となる。
第二の光記録装置において、自己組織化分子としてチオール基を含む分子を用いる場合、プローブ先端の突起部をチオール基と親和性の高いPtとしたが、SiCl3基を含む自己組織化分子を用いる場合、突起部の金属種は特に限定されるものではない。
第二の光記録装置に用いられる自己組織化分子としては、第二のプローブの製造方法に使用可能な分子を用いることができる。
自己組織化分子をプローブ先端部に付着させる方法(供給方法)としては、自己組織化分子ガスを絶えずプローブ先端に吹き付ける方法や、自己組織化分子を含むアルコール溶液の微粒液滴をプローブ先端に霧吹き状に噴霧する方法などが挙げられる。
第一及び第二の光記録装置において、本発明の第二の製造方法により製造されたプローブも第一の製造方法により製造されたプローブと同様に用いることができる。第二の製造方法により製造されたプローブは第一の製造方法により製造されたプローブよりも先端径が小さいため、第二の製造方法により製造されたプローブを用いることによりさらに微細な光記録を行う(金属細線を形成する)ことができる。
10 プローブ本体
12 担体層
14 金属粒子
16 突起部
18 金属層
22 自己組織化分子
24 突起部
30 プローブ
32 基板
34 金属ステージ
36 チャンバー
38 光源
40 ガス供給手段
42 印加手段
44 窓
46 光
48 噴霧器
12 担体層
14 金属粒子
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46 光
48 噴霧器
Claims (6)
- プローブ本体の先端部に担体層を設ける工程と、
前記担体層に金属粒子を担持させる工程と、
前記担体層に担持された金属粒子をシンタリングさせる工程と、
を有するプローブの製造方法。 - 先端部に金属層の設けられたプローブ本体の前記金属層表面に金属イオンを含む自己組織化分子を付着させる工程と、
前記自己組織化分子を加熱して前記金属層表面に金属粒子を付着させる工程と、
を有するプローブの製造方法。 - 前記金属粒子が、Pt、Au、Rh及びAgから選択される少なくとも一種である請求項1又は2に記載のプローブの製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法により製造されたプローブ。
- 近接場光により書き込み基板付近に存在する有機金属ガスを分解させて前記書き込み基板上に金属を堆積させる光記録装置であって、
請求項4に記載のプローブと、
前記プローブの先端に光を照射して近接場光を発生させる光源と、
前記書き込み基板を載置する金属ステージと、
前記書き込み基板付近に前記有機金属ガスを供給するガス供給手段と、
前記プローブと前記金属ステージとの間に電場を印加させる印加手段と、
を備えた光記録装置。 - 近接場光によりプローブ先端に付着した金属イオンを含む自己組織化分子を分解させて書き込み基板上に金属を堆積させる光記録装置であって、
請求項4に記載のプローブと、
前記プローブの先端に光を照射して近接場光を発生させる光源と、
前記書き込み基板を載置する金属ステージと、
前記プローブ先端に前記自己組織化分子を付着させる供給手段と、
前記プローブと前記金属ステージとの間に電場を印加させる印加手段と、
を備えた光記録装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005194844A JP2007012223A (ja) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | プローブ及びその製造方法並びに光記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005194844A JP2007012223A (ja) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | プローブ及びその製造方法並びに光記録装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007012223A true JP2007012223A (ja) | 2007-01-18 |
Family
ID=37750479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005194844A Withdrawn JP2007012223A (ja) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | プローブ及びその製造方法並びに光記録装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007012223A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008304143A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Denso Corp | 熱交換部材及び熱交換装置 |
JP2009276344A (ja) * | 2008-04-17 | 2009-11-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 走査型プローブ顕微鏡用プローブ及びそのプローブの作製方法 |
JP2010286397A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Institute Of Physical & Chemical Research | 紫外近接場光学顕微鏡 |
-
2005
- 2005-07-04 JP JP2005194844A patent/JP2007012223A/ja not_active Withdrawn
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JP2009276344A (ja) * | 2008-04-17 | 2009-11-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 走査型プローブ顕微鏡用プローブ及びそのプローブの作製方法 |
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