JP3574794B2 - プローブ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光を使用して試料の観察を行う近接場光学顕微鏡や、近接場光を使用して光記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装置、更に電子ビーム使用して試料の観察を行う電子顕微鏡などに設けられるプローブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の光学顕微鏡によって得られる画像の分解能は、回折限界という波の伝播に由来する分解能の限界があるため、光の半波長以下の２点を区別することはできない。すなわち、光の分解能を超えて試料を観察することはできない。
【０００３】
これに対して、近接場光学顕微鏡を用いれば、光の分解能を超えて試料を観察することが可能となる。近接場光学顕微鏡は、観察対象となる試料との対向面に、先端径がナノメートルサイズである近接場光発生用プローブ（以下、光プローブと称する。）が設けられている。この光プローブは、尖鋭な先端を有しており、この先端に形成された近接場光の出射部から染み出した近接場光（エバネッセント光）を試料に対して照射することによって、光の分解能を超えて試料を観察することができる。
【０００４】
この近接場光学顕微鏡用の技術を利用することにより、ナノメートル級の分解能で、例えば生体試料、半導体試料、光メモリ材料、感光性材料などの形状を観察することや分光計測をすることなどが可能となり、さらには、光加工などを行うことも可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この近接場光学顕微鏡用の技術を利用して、光記録媒体に対する情報の高密度記録、及び高密度記録された光記録媒体に対する再生を行うことができる。このときには、光プローブを光ヘッドとして使用し、光記録媒体に対する記録再生を行う。
【０００６】
光記録媒体に対して高密度記録を行うときには、情報信号を示すピットをできるだけ小さく形成する必要がある。ピットを小さく形成するためには、光プローブの分解能を高くする必要がある。また、情報が高密度記録されている光記録媒体に対して再生を行うときには、シグナル／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を低減するために、情報の検出感度を高くする必要がある。
【０００７】
しかしながら、分解能を高くするためには、近接場光出射部から染み出る光のスポット径をできるだけ小さくしなくてはならない。光のスポット径を小さくするためには、近接場光出射部をできるだけ小さく形成する必要がある。一方、情報の検出感度を高くするためには、光プローブの近接場光出射部から染み出る光の量ができるだけ多い方が良い。光の量を大きくするためには、近接場光出射部をできるだけ大きく形成する必要がある。
【０００８】
したがって、分解能と検出感度との両方を共に高くすることには限界がある。すなわち、１つの光プローブを使用して情報の記録と再生との両方を精度良く行うことは限界がある。
【０００９】
また、この光プローブを使用して試料を観察するに際し、分解能を重視するときには近接場光出射部が小さい光プローブを使用して試料を観察し、検出感度を重視するときには近接場光出射部が大きい光プローブを使用して試料を観察している。そして、分解能と検出感度との両方を重視した観察を行う必要があるときには、２つの異なる光プローブを使用している。
【００１０】
しかしながら、光プローブを使用して観察するときに観察対象となる試料は微小であり、２つの異なる光プローブによって同じ位置を観察することは非常に困難となる。
【００１１】
したがって、一つの微小な試料に対して分解能と検出感度との両方を重視した観察を行うことは困難となる。
【００１２】
本発明はこのような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、高い分解能と高い検出感度とを共に実現することが可能である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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプローブは、温度が高くなるにつれて膨張する性質を有するＳｉを少なくとも含有する材料により形成され、光、電子、イオン及び原子の入射媒体の少なくとも１種類を通過させる通過孔が貫通して形成された基板と、上記基板に接触して設けられた導電部とを有し、上記基板の一方の主面上には、上記通過孔に連通して、上記入射媒体を入射させるための入射開口が設けられ、上記基板の他方の面には、上記通過孔に連通して上記入射媒体を出射させるための出射開口が設けられるとともに、上記通過孔を上記入射開口側から上記出射開口側に向かって徐々にその開口量が小さくなるように形成してなり、上記導電部へ供給する電流の量を調節することによって、上記出射開口の大きさを調節するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプローブは、導電部に電流が供給されることで温度が高くなる。また、本発明に係るプローブは、Ｓｉが含有されている材料によって形成されており、このＳｉは温度が高くなるにつれて膨張する性質を有している。したがって、本発明に係るプローブは、導電部に供給される電流の量が変化することによって温度が変化し、出射開口の大きさが変化する。
【００１５】
また、本発明に係るプローブの製造方法は、請求項２又は３に記載のプローブの製造方法であって、Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の主面側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１の穴部を穿設する第１の穴部穿設工程と、Ｓｉ基板の他方の主面側から、上記第１の穴部と連結するように第２の穴部を穿設する第２の穴部穿設工程と、遮光性及び導電性を有する材料によって、Ｓｉ基板上に導電部を形成する導電部形成工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したプローブ及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
第１の実施の形態
まず、本発明を適用した第１の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、本発明を適用したプローブ１は、基板２上に導電部３が形成された構造を有している。
【００２０】
基板２は、一方の主面２ａ上に尖鋭状の凸部２ｂが形成され、他方の主面２ｃ上には、この凸部２ｂと対応した凹部２ｄが形成されている。この凸部は、一方の主面２ａ側から見た形状が略三角柱形状とされている。また、凹部２ｄは、図２に示すように、他方の主面２ｃ側から見た形状が矩形状とされている。基板２には、凸部２ｂと凹部２ｄとの頂点を貫通するスリットが形成されている。このスリット及び凹部２ｄの内壁によって形成された貫通孔が、光が通過する通過孔４とされている。この通過孔４については、詳細を後述する。基板２は、凸部２ｂ及び凹部２ｄによって形成される集光部２ｅと、集光部２ｅを支持する支持部２ｆとからなっている。集光部２ｅはＳｉＯ２によって形成されており、支持部２ｆはＳｉによって形成されている。なお、集光部２ｅは、プローブ１を製造するときにＳｉ用のエッチャントによってエッチングされることを防ぐために、ＳｉＯ２によって形成される。
【００２１】
導電部３は、基板２における一方の主面２ａ上に形成されている。すなわち、導電部３は、凸部２ｂ上にも形成されている。この導電部３は、例えばＡｕやＡｌなどの導電性及び遮光性を有する金属材料によって形成されている。また、導電部３は外部の電流供給源と接続可能とされている。導電部３に、外部の電力供給源から電流が供給されることによって、プローブ１が加温される。このとき、例えば導電部３の長手方向の両端部３ａ，３ｂのそれぞれに電流供給源を接続することによって、プローブ１が加温される。また、導電部３は遮光性を有しており、光が後述する出射開口部の周辺から漏れることを防ぎ、出射する光のスポット径を小さく絞ることができる。
【００２２】
ここで、通過孔４について説明する。通過孔４は、支持部２ｆ側に形成された矩形状の開口部から集光部２ｅの先端に形成されたスリット状の開口部まで、徐々に開口が小さくなるように形成されている。ここで、矩形状の開口部は入射開口部４ａとされており、スリット状の開口部は出射開口部４ｂとされている。
【００２３】
このプローブ１は、入射開口部４ａで光を入射し、入射した光を通過孔４の内壁で散乱させて出射開口部４ｂでの光強度が大きくなるように集光し、出射開口部４ｂから近接場光を出射する。また、プローブ１は、電流供給源から導電部３へ電流が供給されることで温度が高くなり、出射開口部４ｂが大きくなる。そして、プローブ１は、電流供給源から導電部３へ供給される電流の量が減少することによって温度が低くなり、出射開口部４ｂが小さくなる。
【００２４】
以下では、導電部３へ流す電流の量と出射開口部４ｂの大きさとの関係について詳述する。
【００２５】
プローブ１は、集光部２ｅがＳｉＯ２によって形成されており、支持部２ｆがＳｉによって形成されている。Ｓｉは、図４に示すように、温度が高くなるにつれて膨張することが知られている（Ｌ． Ｌｉｎ， Ｓ． Ｓｉｎ， Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ７１ （１９９８） ３５−３９）。なお、図４では、横軸が温度を示しており、縦軸がＳｉの膨張を示している。また、導電部３に電流が供給されることで、プローブ１の温度は高くなる。
【００２６】
したがって、プローブ１は、導電部３へ供給される電流の量が増加すると、温度が高くなるために膨張し、出射開口部４ｂが大きくなる。本実施の形態では、出射開口部４ｂの幅ｗは室温で１００ｎｍとされており、温度を更に２００℃上げることによって１μｍとなる。また、プローブ１は、導電部３へ供給される電流の量が減少すると、温度が低くなるためにプローブ１の膨張が小さくなり、出射開口部４ｂが小さくなる。
【００２７】
プローブ１は、出射開口部４ｂが大きいときには、出射される近接場光の量が多くなるために高い検出感度を実現することが可能となり、出射開口部４ｂが小さいときには、出射される近接場光のスポットが小さくなるために高い分解能を実現することが可能となる。すなわち、本発明を適用したプローブ１は、導電部３へ供給する電流の量を調節することによって、出射開口部４ｂの大きさが変化可能とされており、単独で高い検出感度と高い分解能との両方を実現することが可能となる。
【００２８】
例えば、プローブ１を使用して光記録媒体に対する記録再生を行ったときには、高い分解能で情報の記録を行うことができるため、高密度な情報の記録を行うことができるとともに、高い検出感度で情報の再生を行うことができるため、Ｓ／Ｎ比を低下させることができる。
【００２９】
また、プローブ１を使用して試料の観察を行ったときには、１つの微小な試料における同一の場所に対して、高い分解能で試料表面の微細な構造を観察することができるとともに、高い検出感度で試料の分析などを行うことができる。
【００３０】
このプローブ１は、以下に示す方法によって製造される。
【００３１】
先ず、図５に示すようなＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｌａｔｉｏｎ）基板１０を用意する。このＳＯＩ基板１０は、第１のＳｉ層１１上に、第１のＳｉＯ２層１２と、第２のＳｉ層１３とが順次積層された構造を有している。本実施の形態で使用されたＳＯＩ基板１０は、第１のＳｉ層１１の厚さが６００μｍ、第１のＳｉＯ２層１２の厚さが１μｍ、第２のＳｉ層１３の厚さが１０μｍとされている。
【００３２】
次に、図６に示すように、ＳＯＩ基板１０に対して１１５０℃・５分の加熱をを行って第２のＳｉ層１３を酸化することで、第２のＳｉ層１３の表面に第２のＳｉＯ２層１４を形成する。
【００３３】
次に、この第２のＳｉＯ２層１４に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを行う。このとき、図７に示すように、第２のＳｉＯ２層１４の略中央部に略長方形の開口部１４ａが形成されるように、第２のＳｉＯ２層１４をパターニングする。この開口部１４ａが形成された位置には、最終的に入射開口部４ａが形成される。ここで、リソグラフィー技術としては、例えばフォトリソグラフィー技術や電子ビーム描画装置を使用した技術などを用いることができる。このとき、例えば第２のＳｉＯ２層１４上にリソグラフィーによりレジスト膜を形成した後に、レジスト膜のパターニングを行う。そして、第２のＳｉＯ２層１４に対してフッ酸緩衝液によるウェットエッチングを行う。
【００３４】
次に、ＳＯＩ基板１０に対して、第２のＳｉＯ２層１４をマスクとして、異方性エッチングを施す。このときのエッチャントとしては、例えばＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ヒドラジン一水和物、エティレンジアミン−パイロカテコール−水の混合液（ＥＰＷ）、テトラメティルアンモニュウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などを使用する。これにより、図８及び図９に示すように、ＳＯＩ基板の略中央部に凹部１３ａが形成される。この凹部１３ａは、開口の形が略長方形とされており、一方の主面１０ａ側から深さ方向へ進むに従って、開口が次第に小さくなる形状とされている。
【００３５】
次に、図１０に示すように、第２のＳｉＯ２層１４を、例えばフッ酸緩衝液によって除去する。
【００３６】
次に、９５０℃・９時間の加熱を行って第２のＳｉ層１３を酸化し、図１１に示すように、第２のＳｉ層１３上に第３のＳｉＯ２層１５を形成する。なお、このとき第３のＳｉＯ２層１５を凹部１３ａ上にも形成する。
【００３７】
次に、図１２に示すように、凹部１３ａ上に、例えばＣｒを蒸着することで第１の金属層１６を形成する。
【００３８】
次に、図１３に示すように、凹部１３ａ以外の位置に形成された第３のＳｉＯ２層１５を除去し、第２のＳｉ層１３を表面に露出させる。すなわち、上に第１の金属層１６が形成された領域にのみ、第３のＳｉＯ２層１５を残存させる。このとき、例えば、フッ酸緩衝液を用いることによって、第３のＳｉＯ２層１５を除去する。
【００３９】
次に、図１４に示すように、第２のＳｉ層１３上に補強部材１７を接合する。この補強部材１７を第２のＳｉ層１３上に接合することによって、プローブ１の強度が向上する。また、本実施の形態では、補強部材１７としてガラスを使用している。ガラスは光伝搬損失が少ない。したがって、ガラスによって形成された補強部材１７を接合することで、プローブ１の強度を向上させるとともに、入射開口部４ａへ入射する光量を十分な量とし、出射開口部４ｂから出射する近接場光を十分な強度とすることが可能となる。
【００４０】
ここで、補強部材１７に使用されるガラスと第２のＳｉ層１３との陽極接合について説明する。ガラスはＮａ＋を含有している。このガラスと第２のＳｉ層１３とを接触させ、真空中又はＮ２、Ａｒ２などの不活性ガス中で３５０℃〜４５０℃に加熱したまま、第１のＳｉ層１１を陽極として２００Ｖ〜１０００Ｖの電位差を与える。このとき、Ｎａ＋は、ガラスの融点以下の温度でもガラス中で動き易くなり、負電界に引かれてガラス表面に到達する。そして、ガラス中に残った多量の負イオンが第２のＳｉ層１３との間に空間電荷層を形成してＳｉ−ガラス間に吸着力が生じ、第２のＳｉ層１３とガラスとが化学接合する。
【００４１】
次に、図１５に示すように、第１のＳｉ層１１を除去する。第１のＳｉ層１１を除去する方法としては、例えばＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ、フッ酸・硝酸混合液などによるエッチングや、機械的研磨、或いは化学機械研磨（ＣＭＰ）などが挙げられる。これにより、第１のＳｉＯ２層１２表面が露出することとなる。
【００４２】
次に、図１６に示すように、第１のＳｉＯ２層１２を、例えばフッ酸緩衝液などによって除去する。
【００４３】
次に、図１７に示すように、第２のＳｉ層１３を、補強部材１７が接合されている主面と反対側の主面から、例えばＴＭＡＨなどによってエッチングし、最終的に集光部２ａとなる凸部１８を形成する。
【００４４】
次に、図１８に示すように、凸部１８の先端１８ａに、例えばフッ酸緩衝液によって、最終的に出射開口部４ｂとなる穴部１９を穿設する。
【００４５】
次に、図１９に示すように、第１の金属層１６を例えばエッチングにより除去する。このとき、例えばエッチャントとして、硫酸二アンモニュウムセリウム（１６５ｇ）、硝酸（９０ｍｌ）、超純水（１ｌ）を混合した溶液を使用し、室温でエッチングを行う。
【００４６】
最後に、図２０に示すように、凸部１８の外周に、例えばＡｕ、Ａｌなどをスパッタすることによって第２の金属層１９を形成する。この第２の金属層１９は、最終的に導電部３となる。そして補強部材１７が陽極接合されたプローブ１が完成する。
【００４７】
なお、本実施の形態では、プローブ１の出射開口部４ｂをスリットとしたが、出射開口部４ｂはスリットに限定されない。例えば、出射開口部４ｂは、図２１に示すような微小開口としても良い。このとき、凸部２ｂの形状は錐体とされ、この錐体の頂点に微小開口が形成される。
【００４８】
また、出射開口部４ｂがスリットであるプローブ１は、入射媒体が光である近接場光学顕微鏡だけではなく、入射媒体が電子である透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などに使用することも可能である。このときには、電子を入射開口部４ａから入射し、通過孔４の内壁で散乱させて出射開口部４ｂから出射する。
【００４９】
第２の実施の形態
つぎに、本発明を適用した第２の実施の形態について説明する。
【００５０】
図２２及び図２３に示すように、本発明を適用したプローブ３０は、略直方体であり、導電部３１を有する基板３２を備えている。この基板３２は通過孔３３を有している。そして、基板３２上には絶縁層３４と、電極３５ａ，３５ｂとが形成されている。
【００５１】
基板３２は、Ｓｉ基板にＢをドープすることによって形成されている。ここで、ＢはＳｉ基板の一主面から特定の深さまでドープされている。したがって、基板３２は、ＳｉのみによるＳｉ層、及びＢがドープされているＢ＋Ｓｉ層からなる。このＢ＋Ｓｉ層は導電性を有しており、導電部３１とされる。導電部３１は、後述するように電極３５ａ，３５ｂと電気的に接続している。
【００５２】
通過孔３３は基板３２を貫通している。また、通過孔３３の内壁は導電部３１によって形成されている。この通過孔３３の一方の開口は入射開口部３３ａとされており、他方の開口は出射開口部３３ｂとされている。この入射開口部３３ａは矩形状であり、出射開口部３３ｂはスリットである。そして、通過孔３３は、入射開口部３３ａから出射開口部３３ｂまで、徐々に開口が小さくなるように形成されている。
【００５３】
絶縁体層３４は、ＳｉＯ２によって形成されている。絶縁体層３４には２つの開口部３４ａ，３４ｂが設けられており、この開口部３４ａ，３４ｂからはそれぞれ導電部３１が露呈している。そして、この開口部３４ａ，３４ｂには、後述するように電極３５ａ，３５ｂが形成される。
【００５４】
電極３５ａ，３５ｂは、上述したように、開口部３４ａ，３４ｂ上に形成される。また、上述したように、開口部３４ａ，３４ｂからは導電部３１が露呈している。したがって、電極３５ａ，３５ｂは、開口部３４ａ，３４ｂで導電部３１と接触しており、電気的に接続している。また、電極３５ａ，３５ｂは、外部の電流供給源と接続可能とされている。したがって、電極３５ａ，３５ｂは、外部の電流供給源から供給された電流を、導電部３１に供給することが可能となる。
【００５５】
以上説明したプローブ３０は、入射開口部３３ａで光を入射し、入射した光を通過孔３３の内壁で散乱させて出射開口部３３ｂでの光強度が大きくなるように集光し、出射開口部３３ｂから近接場光を出射する。また、プローブ３０は、電流供給源から導電層３１へ電流が供給されることで温度が高くなり、出射開口部３３ｂが大きくなる。そして、プローブ３０は、電流供給源から導電層３１へ供給される電流の量が減少することによって温度が低くなり、出射開口部３３ｂが小さくなる。
【００５６】
このプローブ３０は、以下に示す方法によって製造される。
【００５７】
先ず、図２４に示すように、Ｓｉ基板４０に対して１１５０℃・５分の加熱を行い、一方の主面を酸化して第１のＳｉＯ２層４１を形成する。
【００５８】
次に、第１のＳｉＯ２層４１に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを行う。このときには、図２５に示すように、第１のＳｉＯ２層４１の略中央部に開口部４１ａが形成されるように、第１のＳｉＯ２層４１をパターニングする。この開口部４１ａが形成された位置には、最終的に入射開口部３３ａが形成される。ここで、リソグラフィー技術としては、例えばフォトリソグラフィー技術や電子ビーム描画装置を使用して技術などを用いることができる。このとき、例えば第１のＳｉＯ２層４１上にリソグラフィーによりレジスト膜を形成した後に、レジスト膜のパターニングを行う。そして、フッ酸緩衝液によって第１のＳｉＯ２層４１をウェットエッチングする。
【００５９】
次に、図２６及び図２７に示すように、第１のＳｉＯ２層４１をマスクとして、Ｓｉ基板４０に対して異方性エッチングを施し、穴部４０ａを穿設する。この穴部４０ａは略長方形状の開口を有しており、一方の主面４０ｂ側から厚さ方向へ進むに従って開口が小さくなるように形成される。すなわち、穴部４０ａは略三角柱形状を有している。このときのエッチャントとしては、例えばＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ヒドラジン一水和物、エティレンジアミン−パイロカテコール−水の混合液（ＥＰＷ）、テトラメティルアンモニュウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などを使用する。
【００６０】
次に、第１のＳｉＯ２層４１に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを再度行う。このときには、図２８に示すように、第１のＳｉＯ２層４１の略中央部に開口部４１ｂが形成されるように、第１のＳｉＯ２層４１をパターニングする。この開口部４１ｂは、開口部４１ａよりも大きくなるように形成する。開口部４１ｂが形成された位置には、最終的に導電部３１が形成される。
【００６１】
次に、図２９に示すように、開口部４１ｂが形成されることによって露出したＳｉ基板４０（以下、領域Ｚと称する。）に対してＢをドープし、最終的に導電層３１となるＢ＋Ｓｉ層４２を形成する。
【００６２】
ここで、Ｓｉ基板４０に対してＢをドープするときの具体的な方法について説明する。Ｂをドープするときには、Ｂ２Ｏ３、有機バインダー、及び溶媒の混合物であるＰＢＦを使用する。
【００６３】
先ず、このＰＢＦを領域Ｚに滴下する。そして、スピンコート法によって、ＰＢＦを領域Ｚ上に延伸した後に、乾燥させる。この状態でＳｉ基板４０を酸化炉に入れて加熱して焼成する。このとき、領域Ｚ及び穴部４０ａ上にＢ２Ｏ３被膜が形成されるとともに、有機バインダが酸化分解してＨ２ＯとＣＯ２とが発生する。更に、当該Ｓｉ基板４０に加熱することによって、以下の式１に示すような化学反応が起こり、ＢがＳｉに対して熱拡散してドープされる。
【００６４】
３Ｓｉ＋２Ｂ２Ｏ３→３ＳｉＯ２＋４Ｂ・・・式１
次に、第１のＳｉＯ２層４１の除去を行う。このとき、例えばフッ酸緩衝液を使用したウェットエッチングを行うことで、第１のＳｉＯ２層４１を除去する。
【００６５】
次に、図３０に示すように、酸素雰囲気中において１１５０℃・５分の加熱を行うことで、第２のＳｉＯ２層４３を形成する。
【００６６】
次に、図３１に示すように、第２のＳｉＯ２層４３に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを行う。このとき、最終的に電極３５ａ，３５ｂが形成される部位に開口部４３ａ，４３ｂが形成されるように、第２のＳｉＯ２層４３をパターニングする。
【００６７】
次に、図３２に示すように、第２のＳｉＯ２層４３上に、レジスト層４４を形成する。
【００６８】
次に、図３３に示すように、例えばリソグラフィーにより、レジスト層４４に対するパターニングを行う。このとき、このとき、最終的に電極３５ａ，３５ｂが形成される部位に開口部４４ａ，４４ｂが形成されるように、レジスト層４４をパターニングする。
【００６９】
次に、図３４に示すように、開口部４４ａ、４４ｂ上に、最終的に電極層３５ａ，３５ｂとなる導電性金属層４５ａ，４５ｂを形成する。この導電性金属層４５ａ、４５ｂは、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒなどを蒸着することによって形成される。そして、レジスト層４４を除去する。
【００７０】
最後に、図３５に示すように、Ｓｉ基板４０の他の主面側から最終的に出射開口部３３ｂとなる微小開口４０ｃを穿設する。この微小開口４０ｃは、穴部４０ａと貫通するように穿設される。この微小開口を穿設する方法としては、例えば集束イオンビームなどを利用して機械的に形成する方法などが挙げられる。そして、図２２及び図２３に示すようなプローブ３０が完成する。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係るプローブは、導電部を備えており、また少なくともＳｉを含む材料から形成されている。Ｓｉは温度が高くなるにつれて膨張することが知られている。また、導電部へ電流が供給されることで、本発明に係るプローブは温度が高くなる。したがって、本発明に係るプローブは、導電部へ供給される電流の量が増加すると、温度が高くなるために膨張し、出射開口部が大きくなる。また、本発明に係るプローブは、導電部へ供給される電流の量が減少すると、温度が低くなるために膨張が小さくなり、出射開口部が小さくなる。
【００７２】
プローブは、出射開口部が大きいときには高い検出感度を実現することが可能となり、出射開口部が小さいときには高い分解能を実現することが可能となる。すなわち、本発明に係るプローブは、導電部へ供給される電流の量が変化することによって出射開口部の大きさが変化するため、単独で高い検出感度と高い分解能との両方を実現することができる。
【００７３】
また、本発明を適用したプローブの製造方法は、導電部へ供給する電流の量を調節することによって、出射開口部の大きさを調整することができるプローブを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したプローブであり、導電部が金属材料によって形成されているプローブを示す斜視図である。
【図２】同プローブを示す図であり、基板側から見た平面図である。
【図３】同プローブを示す図であり、図１中Ａ−Ａ’線断面図である。
【図４】温度とＳｉの膨張との関係を示す図である。
【図５】ＳＯＩ基板を示す斜視図である。
【図６】ＳＯＩ基板上に第２のＳｉＯ２層を形成した状態を示す斜視図である。
【図７】第２のＳｉＯ２層にパターニングを施した状態を示す斜視図である。
【図８】パターニングを施した第２のＳｉＯ２層をマスクとして第２のＳｉ層をエッチングした状態を示す図であり、図７中Ｂ−Ｂ’線断面図である。
【図９】パターニングを施した第２のＳｉＯ２層をマスクとして第２のＳｉ層をエッチングした状態を示す図であり、図７中Ｃ−Ｃ’線断面図である。
【図１０】第２のＳｉＯ２層を除去した状態を示す斜視図である。
【図１１】第２のＳｉ層上に第３のＳｉＯ２層を形成した状態を示す断面図である。
【図１２】穴部１３ａ上に第１の金属層を形成した状態を示す断面図である。
【図１３】穴部１３ａ以外の位置に形成された第３のＳｉＯ２層を除去した状態を示す断面図である。
【図１４】穴部１３ａが形成された第２のＳｉ層上にガラスが陽極接合された状態を示す断面図である。
【図１５】ＳＯＩ基板から第１のＳｉ層を除去した状態を示す断面図である。
【図１６】第１のＳｉＯ２層を除去した状態を示す断面図である。
【図１７】第２のＳｉ層を、補強部材が接合している主面と反対側の主面からエッチングした状態を示す断面図である。
【図１８】第１のＳｉＯ２層を除去し、先端に開口を形成した状態を示す断面図である。
【図１９】第１の金属層を除去した状態を示す断面図である。
【図２０】第２の金属層を形成した状態を示す断面図である。
【図２１】微小開口を示す要部拡大平面図である。
【図２２】本発明を適用したプローブであり、導電部がＢをドープしたＳｉによって形成されているプローブを示す平面図である。
【図２３】同プローブを示す図であり、図２３中Ｅ−Ｅ’線断面図である。
【図２４】Ｓｉ基板上に第１のＳｉＯ２層を形成した状態を示す斜視図である。
【図２５】ＳｉＯ２層をパターニングした状態を示す斜視図である。
【図２６】Ｓｉ層に対してエッチングを施した状態を示す図であり、図２７中Ｆ−Ｆ’線断面図である。
【図２７】Ｓｉ層に対してエッチングを施した状態を示す図であり、図２７中Ｇ−Ｇ’線断面図である。
【図２８】Ｂをドープする領域Ｚ上に形成された第１のＳｉＯ２層を除去した状態を示す斜視図である。
【図２９】Ｂをドープした状態を示す断面図である。
【図３０】第２のＳｉＯ２層を形成した状態を示す断面図である。
【図３１】第２のＳｉＯ２層に開口部を形成した状態を示す断面図である。
【図３２】レジスト層を形成した状態を示す断面図である。
【図３３】レジスト層に開口部を形成した状態を示す断面図である。
【図３４】開口部に導電性金属層を形成した後に、レジスト層を除去した状態を示す断面図である。
【図３５】微小開口を形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ プローブ、２ 基板、３ 導電部、４ 通過孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光を使用して試料の観察を行う近接場光学顕微鏡や、近接場光を使用して光記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装置、更に電子ビーム使用して試料の観察を行う電子顕微鏡などに設けられるプローブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の光学顕微鏡によって得られる画像の分解能は、回折限界という波の伝播に由来する分解能の限界があるため、光の半波長以下の２点を区別することはできない。すなわち、光の分解能を超えて試料を観察することはできない。
【０００３】
これに対して、近接場光学顕微鏡を用いれば、光の分解能を超えて試料を観察することが可能となる。近接場光学顕微鏡は、観察対象となる試料との対向面に、先端径がナノメートルサイズである近接場光発生用プローブ（以下、光プローブと称する。）が設けられている。この光プローブは、尖鋭な先端を有しており、この先端に形成された近接場光の出射部から染み出した近接場光（エバネッセント光）を試料に対して照射することによって、光の分解能を超えて試料を観察することができる。
【０００４】
この近接場光学顕微鏡用の技術を利用することにより、ナノメートル級の分解能で、例えば生体試料、半導体試料、光メモリ材料、感光性材料などの形状を観察することや分光計測をすることなどが可能となり、さらには、光加工などを行うことも可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この近接場光学顕微鏡用の技術を利用して、光記録媒体に対する情報の高密度記録、及び高密度記録された光記録媒体に対する再生を行うことができる。このときには、光プローブを光ヘッドとして使用し、光記録媒体に対する記録再生を行う。
【０００６】
光記録媒体に対して高密度記録を行うときには、情報信号を示すピットをできるだけ小さく形成する必要がある。ピットを小さく形成するためには、光プローブの分解能を高くする必要がある。また、情報が高密度記録されている光記録媒体に対して再生を行うときには、シグナル／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を低減するために、情報の検出感度を高くする必要がある。
【０００７】
しかしながら、分解能を高くするためには、近接場光出射部から染み出る光のスポット径をできるだけ小さくしなくてはならない。光のスポット径を小さくするためには、近接場光出射部をできるだけ小さく形成する必要がある。一方、情報の検出感度を高くするためには、光プローブの近接場光出射部から染み出る光の量ができるだけ多い方が良い。光の量を大きくするためには、近接場光出射部をできるだけ大きく形成する必要がある。
【０００８】
したがって、分解能と検出感度との両方を共に高くすることには限界がある。すなわち、１つの光プローブを使用して情報の記録と再生との両方を精度良く行うことは限界がある。
【０００９】
また、この光プローブを使用して試料を観察するに際し、分解能を重視するときには近接場光出射部が小さい光プローブを使用して試料を観察し、検出感度を重視するときには近接場光出射部が大きい光プローブを使用して試料を観察している。そして、分解能と検出感度との両方を重視した観察を行う必要があるときには、２つの異なる光プローブを使用している。
【００１０】
しかしながら、光プローブを使用して観察するときに観察対象となる試料は微小であり、２つの異なる光プローブによって同じ位置を観察することは非常に困難となる。
【００１１】
したがって、一つの微小な試料に対して分解能と検出感度との両方を重視した観察を行うことは困難となる。
【００１２】
本発明はこのような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、高い分解能と高い検出感度とを共に実現することが可能である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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプローブは、温度が高くなるにつれて膨張する性質を有するＳｉを少なくとも含有する材料により形成され、光、電子、イオン及び原子の入射媒体の少なくとも１種類を通過させる通過孔が貫通して形成された基板と、上記基板に接触して設けられた導電部とを有し、上記基板の一方の主面上には、上記通過孔に連通して、上記入射媒体を入射させるための入射開口が設けられ、上記基板の他方の面には、上記通過孔に連通して上記入射媒体を出射させるための出射開口が設けられるとともに、上記通過孔を上記入射開口側から上記出射開口側に向かって徐々にその開口量が小さくなるように形成してなり、上記導電部へ供給する電流の量を調節することによって、上記出射開口の大きさを調節するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプローブは、導電部に電流が供給されることで温度が高くなる。また、本発明に係るプローブは、Ｓｉが含有されている材料によって形成されており、このＳｉは温度が高くなるにつれて膨張する性質を有している。したがって、本発明に係るプローブは、導電部に供給される電流の量が変化することによって温度が変化し、出射開口の大きさが変化する。
【００１５】
また、本発明に係るプローブの製造方法は、請求項２又は３に記載のプローブの製造方法であって、Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の主面側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１の穴部を穿設する第１の穴部穿設工程と、Ｓｉ基板の他方の主面側から、上記第１の穴部と連結するように第２の穴部を穿設する第２の穴部穿設工程と、遮光性及び導電性を有する材料によって、Ｓｉ基板上に導電部を形成する導電部形成工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したプローブ及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
第１の実施の形態
まず、本発明を適用した第１の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、本発明を適用したプローブ１は、基板２上に導電部３が形成された構造を有している。
【００２０】
基板２は、一方の主面２ａ上に尖鋭状の凸部２ｂが形成され、他方の主面２ｃ上には、この凸部２ｂと対応した凹部２ｄが形成されている。この凸部は、一方の主面２ａ側から見た形状が略三角柱形状とされている。また、凹部２ｄは、図２に示すように、他方の主面２ｃ側から見た形状が矩形状とされている。基板２には、凸部２ｂと凹部２ｄとの頂点を貫通するスリットが形成されている。このスリット及び凹部２ｄの内壁によって形成された貫通孔が、光が通過する通過孔４とされている。この通過孔４については、詳細を後述する。基板２は、凸部２ｂ及び凹部２ｄによって形成される集光部２ｅと、集光部２ｅを支持する支持部２ｆとからなっている。集光部２ｅはＳｉＯ２によって形成されており、支持部２ｆはＳｉによって形成されている。なお、集光部２ｅは、プローブ１を製造するときにＳｉ用のエッチャントによってエッチングされることを防ぐために、ＳｉＯ２によって形成される。
【００２１】
導電部３は、基板２における一方の主面２ａ上に形成されている。すなわち、導電部３は、凸部２ｂ上にも形成されている。この導電部３は、例えばＡｕやＡｌなどの導電性及び遮光性を有する金属材料によって形成されている。また、導電部３は外部の電流供給源と接続可能とされている。導電部３に、外部の電力供給源から電流が供給されることによって、プローブ１が加温される。このとき、例えば導電部３の長手方向の両端部３ａ，３ｂのそれぞれに電流供給源を接続することによって、プローブ１が加温される。また、導電部３は遮光性を有しており、光が後述する出射開口部の周辺から漏れることを防ぎ、出射する光のスポット径を小さく絞ることができる。
【００２２】
ここで、通過孔４について説明する。通過孔４は、支持部２ｆ側に形成された矩形状の開口部から集光部２ｅの先端に形成されたスリット状の開口部まで、徐々に開口が小さくなるように形成されている。ここで、矩形状の開口部は入射開口部４ａとされており、スリット状の開口部は出射開口部４ｂとされている。
【００２３】
このプローブ１は、入射開口部４ａで光を入射し、入射した光を通過孔４の内壁で散乱させて出射開口部４ｂでの光強度が大きくなるように集光し、出射開口部４ｂから近接場光を出射する。また、プローブ１は、電流供給源から導電部３へ電流が供給されることで温度が高くなり、出射開口部４ｂが大きくなる。そして、プローブ１は、電流供給源から導電部３へ供給される電流の量が減少することによって温度が低くなり、出射開口部４ｂが小さくなる。
【００２４】
以下では、導電部３へ流す電流の量と出射開口部４ｂの大きさとの関係について詳述する。
【００２５】
プローブ１は、集光部２ｅがＳｉＯ２によって形成されており、支持部２ｆがＳｉによって形成されている。Ｓｉは、図４に示すように、温度が高くなるにつれて膨張することが知られている（Ｌ． Ｌｉｎ， Ｓ． Ｓｉｎ， Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ７１ （１９９８） ３５−３９）。なお、図４では、横軸が温度を示しており、縦軸がＳｉの膨張を示している。また、導電部３に電流が供給されることで、プローブ１の温度は高くなる。
【００２６】
したがって、プローブ１は、導電部３へ供給される電流の量が増加すると、温度が高くなるために膨張し、出射開口部４ｂが大きくなる。本実施の形態では、出射開口部４ｂの幅ｗは室温で１００ｎｍとされており、温度を更に２００℃上げることによって１μｍとなる。また、プローブ１は、導電部３へ供給される電流の量が減少すると、温度が低くなるためにプローブ１の膨張が小さくなり、出射開口部４ｂが小さくなる。
【００２７】
プローブ１は、出射開口部４ｂが大きいときには、出射される近接場光の量が多くなるために高い検出感度を実現することが可能となり、出射開口部４ｂが小さいときには、出射される近接場光のスポットが小さくなるために高い分解能を実現することが可能となる。すなわち、本発明を適用したプローブ１は、導電部３へ供給する電流の量を調節することによって、出射開口部４ｂの大きさが変化可能とされており、単独で高い検出感度と高い分解能との両方を実現することが可能となる。
【００２８】
例えば、プローブ１を使用して光記録媒体に対する記録再生を行ったときには、高い分解能で情報の記録を行うことができるため、高密度な情報の記録を行うことができるとともに、高い検出感度で情報の再生を行うことができるため、Ｓ／Ｎ比を低下させることができる。
【００２９】
また、プローブ１を使用して試料の観察を行ったときには、１つの微小な試料における同一の場所に対して、高い分解能で試料表面の微細な構造を観察することができるとともに、高い検出感度で試料の分析などを行うことができる。
【００３０】
このプローブ１は、以下に示す方法によって製造される。
【００３１】
先ず、図５に示すようなＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｌａｔｉｏｎ）基板１０を用意する。このＳＯＩ基板１０は、第１のＳｉ層１１上に、第１のＳｉＯ２層１２と、第２のＳｉ層１３とが順次積層された構造を有している。本実施の形態で使用されたＳＯＩ基板１０は、第１のＳｉ層１１の厚さが６００μｍ、第１のＳｉＯ２層１２の厚さが１μｍ、第２のＳｉ層１３の厚さが１０μｍとされている。
【００３２】
次に、図６に示すように、ＳＯＩ基板１０に対して１１５０℃・５分の加熱をを行って第２のＳｉ層１３を酸化することで、第２のＳｉ層１３の表面に第２のＳｉＯ２層１４を形成する。
【００３３】
次に、この第２のＳｉＯ２層１４に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを行う。このとき、図７に示すように、第２のＳｉＯ２層１４の略中央部に略長方形の開口部１４ａが形成されるように、第２のＳｉＯ２層１４をパターニングする。この開口部１４ａが形成された位置には、最終的に入射開口部４ａが形成される。ここで、リソグラフィー技術としては、例えばフォトリソグラフィー技術や電子ビーム描画装置を使用した技術などを用いることができる。このとき、例えば第２のＳｉＯ２層１４上にリソグラフィーによりレジスト膜を形成した後に、レジスト膜のパターニングを行う。そして、第２のＳｉＯ２層１４に対してフッ酸緩衝液によるウェットエッチングを行う。
【００３４】
次に、ＳＯＩ基板１０に対して、第２のＳｉＯ２層１４をマスクとして、異方性エッチングを施す。このときのエッチャントとしては、例えばＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ヒドラジン一水和物、エティレンジアミン−パイロカテコール−水の混合液（ＥＰＷ）、テトラメティルアンモニュウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などを使用する。これにより、図８及び図９に示すように、ＳＯＩ基板の略中央部に凹部１３ａが形成される。この凹部１３ａは、開口の形が略長方形とされており、一方の主面１０ａ側から深さ方向へ進むに従って、開口が次第に小さくなる形状とされている。
【００３５】
次に、図１０に示すように、第２のＳｉＯ２層１４を、例えばフッ酸緩衝液によって除去する。
【００３６】
次に、９５０℃・９時間の加熱を行って第２のＳｉ層１３を酸化し、図１１に示すように、第２のＳｉ層１３上に第３のＳｉＯ２層１５を形成する。なお、このとき第３のＳｉＯ２層１５を凹部１３ａ上にも形成する。
【００３７】
次に、図１２に示すように、凹部１３ａ上に、例えばＣｒを蒸着することで第１の金属層１６を形成する。
【００３８】
次に、図１３に示すように、凹部１３ａ以外の位置に形成された第３のＳｉＯ２層１５を除去し、第２のＳｉ層１３を表面に露出させる。すなわち、上に第１の金属層１６が形成された領域にのみ、第３のＳｉＯ２層１５を残存させる。このとき、例えば、フッ酸緩衝液を用いることによって、第３のＳｉＯ２層１５を除去する。
【００３９】
次に、図１４に示すように、第２のＳｉ層１３上に補強部材１７を接合する。この補強部材１７を第２のＳｉ層１３上に接合することによって、プローブ１の強度が向上する。また、本実施の形態では、補強部材１７としてガラスを使用している。ガラスは光伝搬損失が少ない。したがって、ガラスによって形成された補強部材１７を接合することで、プローブ１の強度を向上させるとともに、入射開口部４ａへ入射する光量を十分な量とし、出射開口部４ｂから出射する近接場光を十分な強度とすることが可能となる。
【００４０】
ここで、補強部材１７に使用されるガラスと第２のＳｉ層１３との陽極接合について説明する。ガラスはＮａ＋を含有している。このガラスと第２のＳｉ層１３とを接触させ、真空中又はＮ２、Ａｒ２などの不活性ガス中で３５０℃〜４５０℃に加熱したまま、第１のＳｉ層１１を陽極として２００Ｖ〜１０００Ｖの電位差を与える。このとき、Ｎａ＋は、ガラスの融点以下の温度でもガラス中で動き易くなり、負電界に引かれてガラス表面に到達する。そして、ガラス中に残った多量の負イオンが第２のＳｉ層１３との間に空間電荷層を形成してＳｉ−ガラス間に吸着力が生じ、第２のＳｉ層１３とガラスとが化学接合する。
【００４１】
次に、図１５に示すように、第１のＳｉ層１１を除去する。第１のＳｉ層１１を除去する方法としては、例えばＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ、フッ酸・硝酸混合液などによるエッチングや、機械的研磨、或いは化学機械研磨（ＣＭＰ）などが挙げられる。これにより、第１のＳｉＯ２層１２表面が露出することとなる。
【００４２】
次に、図１６に示すように、第１のＳｉＯ２層１２を、例えばフッ酸緩衝液などによって除去する。
【００４３】
次に、図１７に示すように、第２のＳｉ層１３を、補強部材１７が接合されている主面と反対側の主面から、例えばＴＭＡＨなどによってエッチングし、最終的に集光部２ａとなる凸部１８を形成する。
【００４４】
次に、図１８に示すように、凸部１８の先端１８ａに、例えばフッ酸緩衝液によって、最終的に出射開口部４ｂとなる穴部１９を穿設する。
【００４５】
次に、図１９に示すように、第１の金属層１６を例えばエッチングにより除去する。このとき、例えばエッチャントとして、硫酸二アンモニュウムセリウム（１６５ｇ）、硝酸（９０ｍｌ）、超純水（１ｌ）を混合した溶液を使用し、室温でエッチングを行う。
【００４６】
最後に、図２０に示すように、凸部１８の外周に、例えばＡｕ、Ａｌなどをスパッタすることによって第２の金属層１９を形成する。この第２の金属層１９は、最終的に導電部３となる。そして補強部材１７が陽極接合されたプローブ１が完成する。
【００４７】
なお、本実施の形態では、プローブ１の出射開口部４ｂをスリットとしたが、出射開口部４ｂはスリットに限定されない。例えば、出射開口部４ｂは、図２１に示すような微小開口としても良い。このとき、凸部２ｂの形状は錐体とされ、この錐体の頂点に微小開口が形成される。
【００４８】
また、出射開口部４ｂがスリットであるプローブ１は、入射媒体が光である近接場光学顕微鏡だけではなく、入射媒体が電子である透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などに使用することも可能である。このときには、電子を入射開口部４ａから入射し、通過孔４の内壁で散乱させて出射開口部４ｂから出射する。
【００４９】
第２の実施の形態
つぎに、本発明を適用した第２の実施の形態について説明する。
【００５０】
図２２及び図２３に示すように、本発明を適用したプローブ３０は、略直方体であり、導電部３１を有する基板３２を備えている。この基板３２は通過孔３３を有している。そして、基板３２上には絶縁層３４と、電極３５ａ，３５ｂとが形成されている。
【００５１】
基板３２は、Ｓｉ基板にＢをドープすることによって形成されている。ここで、ＢはＳｉ基板の一主面から特定の深さまでドープされている。したがって、基板３２は、ＳｉのみによるＳｉ層、及びＢがドープされているＢ＋Ｓｉ層からなる。このＢ＋Ｓｉ層は導電性を有しており、導電部３１とされる。導電部３１は、後述するように電極３５ａ，３５ｂと電気的に接続している。
【００５２】
通過孔３３は基板３２を貫通している。また、通過孔３３の内壁は導電部３１によって形成されている。この通過孔３３の一方の開口は入射開口部３３ａとされており、他方の開口は出射開口部３３ｂとされている。この入射開口部３３ａは矩形状であり、出射開口部３３ｂはスリットである。そして、通過孔３３は、入射開口部３３ａから出射開口部３３ｂまで、徐々に開口が小さくなるように形成されている。
【００５３】
絶縁体層３４は、ＳｉＯ２によって形成されている。絶縁体層３４には２つの開口部３４ａ，３４ｂが設けられており、この開口部３４ａ，３４ｂからはそれぞれ導電部３１が露呈している。そして、この開口部３４ａ，３４ｂには、後述するように電極３５ａ，３５ｂが形成される。
【００５４】
電極３５ａ，３５ｂは、上述したように、開口部３４ａ，３４ｂ上に形成される。また、上述したように、開口部３４ａ，３４ｂからは導電部３１が露呈している。したがって、電極３５ａ，３５ｂは、開口部３４ａ，３４ｂで導電部３１と接触しており、電気的に接続している。また、電極３５ａ，３５ｂは、外部の電流供給源と接続可能とされている。したがって、電極３５ａ，３５ｂは、外部の電流供給源から供給された電流を、導電部３１に供給することが可能となる。
【００５５】
以上説明したプローブ３０は、入射開口部３３ａで光を入射し、入射した光を通過孔３３の内壁で散乱させて出射開口部３３ｂでの光強度が大きくなるように集光し、出射開口部３３ｂから近接場光を出射する。また、プローブ３０は、電流供給源から導電層３１へ電流が供給されることで温度が高くなり、出射開口部３３ｂが大きくなる。そして、プローブ３０は、電流供給源から導電層３１へ供給される電流の量が減少することによって温度が低くなり、出射開口部３３ｂが小さくなる。
【００５６】
このプローブ３０は、以下に示す方法によって製造される。
【００５７】
先ず、図２４に示すように、Ｓｉ基板４０に対して１１５０℃・５分の加熱を行い、一方の主面を酸化して第１のＳｉＯ２層４１を形成する。
【００５８】
次に、第１のＳｉＯ２層４１に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを行う。このときには、図２５に示すように、第１のＳｉＯ２層４１の略中央部に開口部４１ａが形成されるように、第１のＳｉＯ２層４１をパターニングする。この開口部４１ａが形成された位置には、最終的に入射開口部３３ａが形成される。ここで、リソグラフィー技術としては、例えばフォトリソグラフィー技術や電子ビーム描画装置を使用して技術などを用いることができる。このとき、例えば第１のＳｉＯ２層４１上にリソグラフィーによりレジスト膜を形成した後に、レジスト膜のパターニングを行う。そして、フッ酸緩衝液によって第１のＳｉＯ２層４１をウェットエッチングする。
【００５９】
次に、図２６及び図２７に示すように、第１のＳｉＯ２層４１をマスクとして、Ｓｉ基板４０に対して異方性エッチングを施し、穴部４０ａを穿設する。この穴部４０ａは略長方形状の開口を有しており、一方の主面４０ｂ側から厚さ方向へ進むに従って開口が小さくなるように形成される。すなわち、穴部４０ａは略三角柱形状を有している。このときのエッチャントとしては、例えばＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ヒドラジン一水和物、エティレンジアミン−パイロカテコール−水の混合液（ＥＰＷ）、テトラメティルアンモニュウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などを使用する。
【００６０】
次に、第１のＳｉＯ２層４１に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを再度行う。このときには、図２８に示すように、第１のＳｉＯ２層４１の略中央部に開口部４１ｂが形成されるように、第１のＳｉＯ２層４１をパターニングする。この開口部４１ｂは、開口部４１ａよりも大きくなるように形成する。開口部４１ｂが形成された位置には、最終的に導電部３１が形成される。
【００６１】
次に、図２９に示すように、開口部４１ｂが形成されることによって露出したＳｉ基板４０（以下、領域Ｚと称する。）に対してＢをドープし、最終的に導電層３１となるＢ＋Ｓｉ層４２を形成する。
【００６２】
ここで、Ｓｉ基板４０に対してＢをドープするときの具体的な方法について説明する。Ｂをドープするときには、Ｂ２Ｏ３、有機バインダー、及び溶媒の混合物であるＰＢＦを使用する。
【００６３】
先ず、このＰＢＦを領域Ｚに滴下する。そして、スピンコート法によって、ＰＢＦを領域Ｚ上に延伸した後に、乾燥させる。この状態でＳｉ基板４０を酸化炉に入れて加熱して焼成する。このとき、領域Ｚ及び穴部４０ａ上にＢ２Ｏ３被膜が形成されるとともに、有機バインダが酸化分解してＨ２ＯとＣＯ２とが発生する。更に、当該Ｓｉ基板４０に加熱することによって、以下の式１に示すような化学反応が起こり、ＢがＳｉに対して熱拡散してドープされる。
【００６４】
３Ｓｉ＋２Ｂ２Ｏ３→３ＳｉＯ２＋４Ｂ・・・式１
次に、第１のＳｉＯ２層４１の除去を行う。このとき、例えばフッ酸緩衝液を使用したウェットエッチングを行うことで、第１のＳｉＯ２層４１を除去する。
【００６５】
次に、図３０に示すように、酸素雰囲気中において１１５０℃・５分の加熱を行うことで、第２のＳｉＯ２層４３を形成する。
【００６６】
次に、図３１に示すように、第２のＳｉＯ２層４３に対して、例えばリソグラフィーによるパターニングを行う。このとき、最終的に電極３５ａ，３５ｂが形成される部位に開口部４３ａ，４３ｂが形成されるように、第２のＳｉＯ２層４３をパターニングする。
【００６７】
次に、図３２に示すように、第２のＳｉＯ２層４３上に、レジスト層４４を形成する。
【００６８】
次に、図３３に示すように、例えばリソグラフィーにより、レジスト層４４に対するパターニングを行う。このとき、このとき、最終的に電極３５ａ，３５ｂが形成される部位に開口部４４ａ，４４ｂが形成されるように、レジスト層４４をパターニングする。
【００６９】
次に、図３４に示すように、開口部４４ａ、４４ｂ上に、最終的に電極層３５ａ，３５ｂとなる導電性金属層４５ａ，４５ｂを形成する。この導電性金属層４５ａ、４５ｂは、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒなどを蒸着することによって形成される。そして、レジスト層４４を除去する。
【００７０】
最後に、図３５に示すように、Ｓｉ基板４０の他の主面側から最終的に出射開口部３３ｂとなる微小開口４０ｃを穿設する。この微小開口４０ｃは、穴部４０ａと貫通するように穿設される。この微小開口を穿設する方法としては、例えば集束イオンビームなどを利用して機械的に形成する方法などが挙げられる。そして、図２２及び図２３に示すようなプローブ３０が完成する。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係るプローブは、導電部を備えており、また少なくともＳｉを含む材料から形成されている。Ｓｉは温度が高くなるにつれて膨張することが知られている。また、導電部へ電流が供給されることで、本発明に係るプローブは温度が高くなる。したがって、本発明に係るプローブは、導電部へ供給される電流の量が増加すると、温度が高くなるために膨張し、出射開口部が大きくなる。また、本発明に係るプローブは、導電部へ供給される電流の量が減少すると、温度が低くなるために膨張が小さくなり、出射開口部が小さくなる。
【００７２】
プローブは、出射開口部が大きいときには高い検出感度を実現することが可能となり、出射開口部が小さいときには高い分解能を実現することが可能となる。すなわち、本発明に係るプローブは、導電部へ供給される電流の量が変化することによって出射開口部の大きさが変化するため、単独で高い検出感度と高い分解能との両方を実現することができる。
【００７３】
また、本発明を適用したプローブの製造方法は、導電部へ供給する電流の量を調節することによって、出射開口部の大きさを調整することができるプローブを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したプローブであり、導電部が金属材料によって形成されているプローブを示す斜視図である。
【図２】同プローブを示す図であり、基板側から見た平面図である。
【図３】同プローブを示す図であり、図１中Ａ−Ａ’線断面図である。
【図４】温度とＳｉの膨張との関係を示す図である。
【図５】ＳＯＩ基板を示す斜視図である。
【図６】ＳＯＩ基板上に第２のＳｉＯ２層を形成した状態を示す斜視図である。
【図７】第２のＳｉＯ２層にパターニングを施した状態を示す斜視図である。
【図８】パターニングを施した第２のＳｉＯ２層をマスクとして第２のＳｉ層をエッチングした状態を示す図であり、図７中Ｂ−Ｂ’線断面図である。
【図９】パターニングを施した第２のＳｉＯ２層をマスクとして第２のＳｉ層をエッチングした状態を示す図であり、図７中Ｃ−Ｃ’線断面図である。
【図１０】第２のＳｉＯ２層を除去した状態を示す斜視図である。
【図１１】第２のＳｉ層上に第３のＳｉＯ２層を形成した状態を示す断面図である。
【図１２】穴部１３ａ上に第１の金属層を形成した状態を示す断面図である。
【図１３】穴部１３ａ以外の位置に形成された第３のＳｉＯ２層を除去した状態を示す断面図である。
【図１４】穴部１３ａが形成された第２のＳｉ層上にガラスが陽極接合された状態を示す断面図である。
【図１５】ＳＯＩ基板から第１のＳｉ層を除去した状態を示す断面図である。
【図１６】第１のＳｉＯ２層を除去した状態を示す断面図である。
【図１７】第２のＳｉ層を、補強部材が接合している主面と反対側の主面からエッチングした状態を示す断面図である。
【図１８】第１のＳｉＯ２層を除去し、先端に開口を形成した状態を示す断面図である。
【図１９】第１の金属層を除去した状態を示す断面図である。
【図２０】第２の金属層を形成した状態を示す断面図である。
【図２１】微小開口を示す要部拡大平面図である。
【図２２】本発明を適用したプローブであり、導電部がＢをドープしたＳｉによって形成されているプローブを示す平面図である。
【図２３】同プローブを示す図であり、図２３中Ｅ−Ｅ’線断面図である。
【図２４】Ｓｉ基板上に第１のＳｉＯ２層を形成した状態を示す斜視図である。
【図２５】ＳｉＯ２層をパターニングした状態を示す斜視図である。
【図２６】Ｓｉ層に対してエッチングを施した状態を示す図であり、図２７中Ｆ−Ｆ’線断面図である。
【図２７】Ｓｉ層に対してエッチングを施した状態を示す図であり、図２７中Ｇ−Ｇ’線断面図である。
【図２８】Ｂをドープする領域Ｚ上に形成された第１のＳｉＯ２層を除去した状態を示す斜視図である。
【図２９】Ｂをドープした状態を示す断面図である。
【図３０】第２のＳｉＯ２層を形成した状態を示す断面図である。
【図３１】第２のＳｉＯ２層に開口部を形成した状態を示す断面図である。
【図３２】レジスト層を形成した状態を示す断面図である。
【図３３】レジスト層に開口部を形成した状態を示す断面図である。
【図３４】開口部に導電性金属層を形成した後に、レジスト層を除去した状態を示す断面図である。
【図３５】微小開口を形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ プローブ、２ 基板、３ 導電部、４ 通過孔
Claims (6)
- 温度が高くなるにつれて膨張する性質を有するＳｉを少なくとも含有する材料により形成され、光、電子、イオン及び原子の入射媒体の少なくとも１種類を通過させる通過孔が貫通して形成された基板と、
上記基板に接触して設けられた導電部とを有し、
上記基板の一方の主面上には、上記通過孔に連通して、上記入射媒体を入射させるための入射開口が設けられ、上記基板の他方の面には、上記通過孔に連通して上記入射媒体を出射させるための出射開口が設けられるとともに、
上記通過孔を上記入射開口側から上記出射開口側に向かって徐々にその開口量が小さくなるように形成してなり、
上記導電部へ供給する電流の量を調節することによって、上記出射開口の大きさを調節するようにしたこと
を特徴とするプローブ。 - 上記導電部は、金属材料によって形成されていること
を特徴とする請求項１記載のプローブ。 - 上記金属材料は、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇのうち少なくとも１種類であること
を特徴とする請求項２記載のプローブ。 - 上記導電部は、ＢをドープしたＳｉによって形成されていること
を特徴とする請求項１記載のプローブ。 - 請求項２又は３に記載のプローブの製造方法であって、
Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の主面側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１の穴部を穿設する第１の穴部穿設工程と、
Ｓｉ基板の他方の主面側から、上記第１の穴部と連結するように第２の穴部を穿設する第２の穴部穿設工程と、
遮光性及び導電性を有する材料によって、Ｓｉ基板上に導電部を形成する導電部形成工程とを有すること
を特徴とするプローブの製造方法。 - 請求項４に記載のプローブの製造方法であって、
Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の主面側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１の穴部を穿設する第１の穴部穿設工程と、
上記Ｓｉ基板の主面側にＢをドープするＢドープ工程と、
上記Ｓｉ基板の他方の主面側から、上記第１の穴部と連結するように第２の穴部を穿設する第２の穴部穿設工程とを有すること
を特徴とするプローブの製造方法。
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