JP2007212450A - 近接場光発生素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、多角推の形状をした錐台102を有し、錐台102の先端に形成された開口から近接場光を発生する近接場光発生素子の製造方法であって、錐台102の側面上に金属膜を形成する形成工程と、金属膜を形成した後に錐台102の側面上と頂面において残存している金属膜の残滓に対して外力を与えることにより残滓を除去する残滓除去工程とを含む。
【選択図】 図1
Description
解像度での観察を行う近接場光顕微鏡における光プローブなどに用いられている。近接場
光技術は、光の回折限界を超える微小領域の光学情報を扱うことが出来るため、従来の光
技術では到達し得ない、高い記録密度や分解能を得られると期待されている。
る。その課題に対して、既にいくつかの形状が提案されている。特許文献1では、近接場
光発生素子の先端に設けた光学的開口の輪郭形状を三角形として、入射光の偏光方向と三
角形の一辺が直交する構造にすることで、その一辺に局在化した強い近接場光を発生させ
ている(三角開口方式)。非特許文献1および特許文献2では、四角錐の4つの側面のうち対向する2面に金属膜を形成し、その2面が四角錐頂点付近で光の波長以下のギャップ
を有し、2面の金属膜はそれぞれギャップ部に曲率半径が数十nm 以下の頂点を有して
おり、ギャップ部に局在化した強い近接場光を発生させている(ボウタイアンテナ方式)。
り、比較的容易に製造することが出来る。しかしながら、非特許文献1および特許文献2
のボウタイアンテナ方式の近接場光発生素子については、金属膜頂点やギャップ部の形状
に数nm から数十nm 程度の加工を必要とすることから、一般的には電子線描画装置や
集束イオンビーム装置などの極めて高度な微細加工技術を用いている。
また、前記残滓除去工程は、研磨材を用いることにより前記残滓を研磨して除去する工程を含むことを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程は、前記頂面に残存している前記残滓に対して前記外力による衝撃を与えて前記残滓を塑性変形させた後、超音波洗浄により前記残滓を除去することを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程は、前記残滓に対して所定圧力の気体を噴き付けることにより、前記残滓を除去することを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程は、前記残滓に対して所定圧力の気体により固体粒子を噴き付け、前記残滓を除去することを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程は、溶液中に前記金属膜を浸漬した状態で前記残滓を研磨することを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程は、前記研磨を開始した後に超音波洗浄を行うことを特徴とするものである。
また、前記研磨材と前記残滓との摩擦抵抗は、前記研磨材により前記残滓が少なくなるにつれて減少するものであり、前記研磨を行う工程において、前記摩擦抵抗を測定し、測定した前記摩擦抵抗が所定値に達するまで前記残滓を研磨することを特徴とするものである。
また、前記研磨材は、表面に凹凸部を有しかつ前記凹凸部は前記錐台よりも柔らかい部材からなることを特徴とするものである。
また、前記部材が繊維からなることを特徴とするものである。
また、前記部材が多孔質の素材からなることを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程は、前記錐台の向かい合う2つの側面上に前記金属膜を成形した後に前記2つの側面上のそれぞれに残った前記残滓を同時に除去する工程からなることを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程は、まず前記錐台の向かい合う2つの側面のいずれかの一側面に前記金属膜を成形した後に残った前記残滓を除去し、次に他側面に前記金属膜を成形した後に残った前記残滓を除去することを特徴とするものである。
また、前記錐台は複数個からなり、前記複数個の前記錐台の向かい合う前記2つの側面上に金属膜を形成した後、前記複数個の前記錐台のそれぞれに残った前記残滓の除去を同時に行うことを特徴とするものである。
また、前記金属膜がAu からなることを特徴とするものである。
また、前記固体粒子はドライアイス粉末からなることを特徴とするものである。
また、前記形成工程は、前記錐台の第一の側面、及び前記錐台の面のうち、前記第一の側面に対向する第二の側面を除く他面に犠牲層を形成する工程と、前記第一の側面に対向する第二の側面と前記犠牲層の少なくとも一部との上に前記金属膜の母材を形成する工程と、前記母材を形成した後に、前記犠牲層と前記犠牲層の上の前記母材をリフトオフ法を用い除去する工程と、を含むことを特徴とするものである。
また、前記犠牲層が金属からなることを特徴とするものである。
また、前記犠牲層の膜厚が5nm 以上かつ100nm 以下であることを特徴とするものである。
また、前記残滓除去工程において、前記錐台の後端側から先端側に向けて光を照射し、前記錐台の前記開口から外部へ透過される光の透過率を測定し、測定した前記透過率が所定値に達するまで前記残滓を研磨することを特徴とするものである。
図1に本発明の実施の形態1における近接場光発生素子の概略を示す。図1(a )は斜視図であり、図1(b )は上面図である。光学的に透明な基板101上に四角錐台102が配置され、四角錐台102は側面102a(図1 では金属膜103 に隠れて見えない)、102b (図1 では金属膜104に隠れて見えない)、102c 、102d および頂面102e を有する。基板101 は石英ガラスなどを用いる。側面102aと側面10 2bは互いに対向配置され、また側面102cと側面102dも互いに対向配置されている。側面102a上には金属膜103が形成され、側面102b上には金属膜104 が形成されている。金属膜103および金属膜104はいずれも膜厚数nm から数十nm 程度のAu 膜を用いる。この金属膜103と金属膜104がいわゆるボウタイアンテナを形成している。
成する。エッチングマスク201はフォトリソグラフィーで加工されたフォトレジスト薄膜である。エッチングマスク201は長方形であり、その2辺は断面A に平行であり、それらの長さはg2である。残りの2辺は断面Bに平行であり、それらの長さはd2である。
図3(a)は四角錐台102の側面102a上に金属膜を形成する方法を示す断面図である。まず、ステップS301のように、側面102b上に、側面102bに対して垂直な方向D301から、スプレーコート法など指向性を有する樹脂膜形成方法を用いて、犠牲層301を形成する。このとき犠牲層301は、側面102bだけでなく、側面102bに隣接する側面102c 、102dおよび頂面102e上にも形成される。成膜方法の指向性により陰になるから、側面102bと向かい合わせとなる側面102a上には、犠牲層301は形成されない。犠牲層301はフォトレジストなどの樹脂膜からなり、その膜厚は数十nm から数μmである。
図3(b)は図3(a)のS303においてのD303方向の側面図である。図3(b)に示すように、側面側にも残滓303a、303bが残る。
また、図4のステップS401の犠牲層401をリフトオフしても前記と同様なメカニズムで図4のステップS403のように残滓403が残ってしまう。また、残滓403が残る同様なメカニズムにより、金属膜104の下側面102bと102bに近接する2側面102cと102dが成す稜線にも、残滓403a、403bが残る。図7(a)は、図4のステップS403の頂面近傍の拡大図であり、図7(b)は、その上面図である。また、図7(c)は図4のステップS403の斜視図であり、それぞれ残滓303、303a、303bと残滓403、403a、403bが残っていることがわかる。
また、図10(a)に示すように、残滓303と403の上方から、W1001 を用いD1001方向へ衝撃を与え残滓303と残滓403を、図10(b )の1001と1002のような形に塑性変形させる。その後、更に超音波洗浄を追加することで残滓303と残滓403を同時に除去することができる。
また、犠牲層301と犠牲層401を薄くすることで、残滓303、303a、303bと残滓403、403a、403bを更に低減させることができ、より容易に残滓303、303a、303bと残滓403、403a、403bを除去することができる。
効である。マスクパターンを変更することで多面の側面を有する錐台を製造してから、金属膜の形成方法や残滓除去方法などは四角錐台での方法とほぼ同様である。
本実施の形態では、基板101上に複数個の四角錐台102を形成しても、金属膜形成時に互いに陰にならないため都合がよい。
また、金属膜形成方法や金属膜の残滓を除去する手段が比較的簡単であるため、近接場光発生素子の製造において歩留まりが向上し低価額 での大量生産が可能になる。
また、残滓の除去により入射光の集光効率が向上することでS/N 比が向上し、より強力な近接場光を発生させることができる。集光効率が向上するということは比較的弱い入射光でも近接場光の発生が可能となり消費電力が減少する。
図15は、本発明の実施の形態2における近接場光発生素子の製造方法を示す断面図である。本実施の形態は実施の形態1に類似なものであるが、犠牲層として樹脂膜の代わりに金属膜を用いる点が異なる。以下に詳細を述べる。製造する近接場光発生素子の形状は図1に示したものとほぼ同様である。図15 は四角錐台102の側面102a上に金属膜を形成する方法を示す断面図である。図15左に断面A 、図10右に断面Bにおける断面図を示す。まず実施の形態1と同様の方法で四角錐台102を基板101上に形成する。つまり、図2のステップS203までは同様に加工をおこなう。
1601をリフトオフする。このとき、犠牲層1601に載る金属膜1602も剥離され、側面102aに載る金属膜1602のみが残る。また、金属膜1602の頂面102e側
に残滓1603と側面側に図16(b)の残滓1603aと1603bが残る。
有効である。
本実施の形態では、実施の形態1 の効果に加えて、真空蒸着法などの金属膜形成法を利用し犠牲層を形成するため、実施の形態1の樹脂犠牲層成膜の方法に比べ犠牲層の膜厚や指
向性などの制御が容易に行われる。また、複数個の近接場光発生素子の作製において、犠
牲層成膜を更に精度よく行うことができるため、金属膜形成の精度が向上すると共に、残
滓のサイズやそれの低滅のための制御も比較的容易であることから、更なる歩留まり向上
効果が得られる。
実施の形態3では、実施の形態1あるいは2と同様な方法で複数個の四角錐台を製作してそれらの向かい合う両側面に金属膜を形成した後、複数個の四角錐台の頂面と側面に残っている金属膜の残滓を除去する方法を示す。
実施の形態4では、実施の形態1と2と3での研磨材を用いた残滓除去方法において、図20に示すように、研磨材W2001と残滓303と403との引っかかりに対する摩擦抵抗F2002を抵抗測定器M2003によって測定する。次に、摩擦抵抗測定値F2002aをコントローラM2004に与え、コントローラM2004が、アクチュエータM2005により研磨材W2001を動かす力F2006を制御するとこで、研磨終了時までF2002とF2006をフィードバックしながら研磨を行うことができる。前記の残滓除去方法を用いると、残滓が除去される度合をモニタリングすることができるため、更に定量的に精度かつ効率よく残滓除去を行うことができる。また大量生産にも適している。また、研磨材として図9(b)のW902を用いることで、図7の残滓303a、303bと残滓403a、403bの除去においても、前記と同様な方法により前記残滓が除去される度合をモニタリングすることができ、同様な効果が得られる。
実施の形態5では、実施の形態1と2と3に説明したいずれかの残滓除去方法と、以下に説明する残滓除去方法と並行することができる。
102 四角錐台
102a 側面
102b 側面
102c 側面
102d 側面
102e 側面
103 金属膜
104 金属膜
201 エッチングマスク
301 犠牲層
D301 側面102bに対して垂直な方向
302 金属膜
D302 側面102aに対して垂直な方向
D303 側面102aの観察方向
302a 金属膜
302e 金属膜
303、303a、303b残滓
401 犠牲層
D401 側面102aに対して垂直な方向
402 金属膜
D402 側面102bに対して垂直な方向
D403 側面102aの観察方向
403、403a、403b残滓
P801 外力
P802 外力
P803 外力
P804 外力
P805 外力
W901、W902 研磨材
D901 研磨方向
W1001 衝撃材
D1001 衝撃方向
D1101 外力方向
S1101 固体粒子
1501 犠牲層
D1501 側面102bに対して垂直な方向
1502 金属膜
D1502 側面102aに対して垂直な方向
1502a 金属膜
1502e 金属膜
1503、1503a、1503b 残滓
1601 犠牲層
D1601 側面102aに対して垂直な方向
1602 金属膜
D1602 側面102bに対して垂直な方向
1603、1603a、1603b 残滓
W1701、W1702 研磨材
D1701、D1702 研磨方向
W1801 衝撃材
D1801 衝撃方向
W2001 研磨材
F2002 摩擦抵抗
M2003 抵抗測定器
F2002a 摩擦抵抗測定値
M2004 コントローラ
M2005 アクチュエータ
F2006 研磨材W2001を動かす力、
M2101 光源
L2102 レーザー光
M2103 レンズ
L2104 集光光
L2105 透過光
M2106 レンズ
L2107 検出光
M2108 光透過率測定器
R2109 透過率
M2110 コントローラ
Claims (21)
- 多角推の形状をした錐台を有し、前記錐台の先端に形成された開口から近接場光を発生する近接場光発生素子の製造方法であって、
前記錐台の側面上に金属膜を形成する形成工程と、前記金属膜を形成した後に前記錐台の前記側面上と頂面において残存している前記金属膜の残滓に対して外力を与えることにより前記残滓を除去する残滓除去工程と、を含むことを特徴とする近接場光発生素子の製造方法。 - 前記残滓除去工程は、研磨材を用いることにより前記残滓を研磨して除去する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程は、前記頂面に残存している前記残滓に対して前記外力による衝撃を与えて前記残滓を塑性変形させた後、超音波洗浄により前記残滓を除去することを特徴とする請求項1に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程は、前記残滓に対して所定圧力の気体を噴き付けることにより、前記残滓を除去することを特徴とする請求項1に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程は、前記残滓に対して所定圧力の気体により固体粒子を噴き付けることにより、前記残滓を除去することを特徴とする請求項1に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程は、溶液中に前記金属膜を浸漬した状態で前記残滓を研磨することを特徴とする請求項2に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程は、前記研磨を開始した後に超音波洗浄を行うことを特徴とする請求項2に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記所定圧力の気体により前記固体粒子を噴き付ける工程において、時間経過に伴って前記固体粒子の径とは異なる径を有する他の固体粒子を噴き付ける工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記研磨材と前記残滓との摩擦抵抗は、前記研磨材により前記残滓が少なくなるにつれて減少するものであり、
前記研磨を行う工程において、前記摩擦抵抗を測定し、測定した前記摩擦抵抗が所定値に達するまで前記残滓を研磨することを特徴とする請求項2 、6 及び7のいずれかに記載の近接場光発生素子の製造方法。 - 前記研磨材は、表面に凹凸部を有しかつ前記凹凸部は前記錐台よりも柔らかい部材からなることを特徴とする請求項2及び9のいずれかに記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記部材が繊維からなることを特徴とする請求項10に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記部材が多孔質の素材からなることを特徴とする請求項10に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程は、前記錐台の向かい合う2つの側面上に前記金属膜を成形した後に前記2つの側面上のそれぞれに残った前記残滓を同時に除去することを特徴とする請求項1乃至5、7のいずれかに記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程は、まず前記錐台の向かい合う2つの側面のいずれかの一側面に前記金属膜を成形した後に残った前記残滓を除去し、次に他側面に前記金属膜を成形した後に残った前記残滓を除去することを特徴とする請求項1乃至5、7のいずれかに記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記錐台は複数個からなり、前記複数個の前記錐台の向かい合う2つの側面上に金属膜を形成した後、前記複数個の前記錐台のそれぞれに残った前記残滓の除去を同時に行うことを特徴とする請求項1に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記金属膜がAu からなることを特徴とする請求項1、13乃至15のいずれかに記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記固体粒子は、ドライアイス粉末からなることを特徴とする請求項5及び8のいずれかに記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記形成工程は、
前記錐台の第一の側面、及び前記錐台の面のうち、前記第一の側面に対向する第二の側面を除く他面に犠牲層を形成する工程と、前記第二の側面と前記犠牲層の少なくとも一部の上に前記金属膜の母材を形成する工程と、前記母材を形成した後に、前記犠牲層と前記犠牲層の上の前記母材を除去する工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の近接場光発生素子の製造方法。 - 前記犠牲層が金属からなることを特徴とする請求項18に記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記犠牲層の膜厚が5nm 以上かつ500nm 以下であることを特徴とする請求項18及び19のいずれかに記載の近接場光発生素子の製造方法。
- 前記残滓除去工程において、前記錐台の後端側から先端側に向けて光を照射し、前記錐台の前記開口から外部へ透過される光の透過率を測定し、測定した前記透過率が所定値に達するまで前記残滓を研磨することを特徴とする請求項1乃至5、7、13、14に記載の近接場光発生素子の製造方法。
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