JP3651800B2 - Pinhole manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属膜を貫通させたピンホールの作製方法及び作製装置に関し、特にナノメータサイズで構成されるピンホールの作製方法及び作製装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、微細加工技術の発展を基盤として、単一分子光メモリ、単一電子デバイスといったナノメートルサイズの微細構造を有するナノ光デバイスが実用化されようとしている。高分解能を有する近接場光学顕微鏡は、上述した素子の開発或いは評価に欠かせない技術として注目されている。この近接場光学顕微鏡は、例えば試料からの発光或いは透過光の光強度、波長、偏光等を検出することにより物性を知ることができる。
【0003】
近接場光学顕微鏡は、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端にコアを先鋭化することで形成された先鋭部を有し、当該先鋭部に例えばAuやAg等の金属により被覆されたプローブを備え、光の波長を超えた分解能を有する光学像を得ることができる。すなわち、かかる近接場光学顕微鏡を利用することにより、高い分解能で試料の物性を測定することに加え、書き込みや読み出し等のメモリ操作、更には光加工等も行うことが可能となる。
【0004】
ちなみに、この近接場光学顕微鏡により試料の物性を測定する場合には、試料表面の光の波長より小さい領域に局在するエバネッセント光を検出して試料の形状を測定する。そして、全反射条件下で試料に光が照射されることにより生じたエバネッセント光を上述したプローブにより散乱させて伝搬光に変換する。この変換された伝搬光は、プローブが形成されている先鋭部を通じて光ファイバのコアに導かれ、光ファイバのもう一方の出射端に接続された検出器により検出される。すなわち、この近接場光学顕微鏡は、先鋭部に設けられたプローブ(例えば、特許文献1参照。)により散乱と検出の双方を行うことができる。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−082792号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる近接場光学顕微鏡のプローブアレイやレンズアレイとして、透過性の高い酸化領域からなるピンホールが必須となるが、従来において、かかるピンホールをナノメータサイズで作製することができないため、ナノメータレベルの分解能で試料の物性を測定することができず、さらにはナノ光デバイスの操作、加工を高精度に実現することができないという問題点がある。
【0007】
そこで本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ナノメータサイズで構成されるピンホールの作製方法及び作製装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るピンホールの作製方法は、上述した問題点を解決するため、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させたコアの先端部を除く表面に金属層が形成された突出部を有する光プローブの上記突出部を金属膜を堆積させた基板の上記金属膜に近傍に配置し、上記光プローブの突出部から上記基板の金属膜へ光を照射し、当該照射した光に応じて上記金属膜付近に存在するガスを活性化させ、或いは上記金属膜中の電子を放出させることにより、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製する。
【0009】
このピンホールの作製方法では、光プローブから出射させた光により大気中に存在する酸素をオゾンに改質することにより、或いは、金属膜へ仕事関数を超える波長の光が直接的に照射させて、金属膜内部に存在する電子を放出させることにより、金属膜の酸化を促進させる。
【0010】
また、本発明に係るピンホールの作製装置は、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させたコアの先端部を除く表面に金属層が形成された突出部を有する光プローブを備え、金属膜を堆積させた基板の上記金属膜の近傍に上記光プローブの上記突出部を配置して、上記光プローブの突出部から上記基板の金属膜へ光を照射し、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
図1は、本発明に係るピンホールの作製方法を実現するための光プローブ1並びにピンホールを作製するための金属膜2を示している。
【0014】
この光プローブ1は、例えば試料から得られる発光や透過光に基づいて物性を識別する近接場光学顕微鏡等に用いられ、図1に示すように光導波部11と、突出部12とを備える。
【0015】
光導波部11は、コア20の周囲にクラッド21が設けられた光ファイバより構成される。コア20及びクラッド21は、それぞれSiO2系ガラスからなり、F、GeO2、B2O3等を添加することにより、コア20よりもクラッド21の屈折率が低くなるように組織制御されている。
【0016】
突出部12は、光導波部11の一端においてクラッドから突出させたコア20aを先鋭化させることにより構成されている。この突出させたコア20aは、図1に示すように先端部13に至るまで徐々に先細になるような円錐形状として構成される。ちなみにこの突出部12は、根元径がコア20の径より短くなるように形成されている。また、この突出させたコア20aの先端部13を除く表面には、金属層31が形成される。
【0017】
ちなみに、このような光プローブ1の突出部12は、光導波部11に対して、選択化学エッチングを施すことにより作製される。この選択化学エッチングでは、例えばNH4F、HF、H2Oからなる緩衝ふっ酸溶液中にファイバを約1時間浸し、クラッド21端部を除去することによりコア20を選択的に先鋭化する。また本発明では、エッチング液の組成と、光ファイバーを構成する材料により溶解速度を制御して、コア20の先端を例えば先端曲率半径10nmまで先鋭化させてもよい。最後にこの先鋭化させたコア20に対して、先端部13を除く側面に例えばAu等の金属層31をコーティングして仕上げる。
【0018】
金属膜2は、例えばZn又はAl等の導電性金属から構成され、基板3上に予め堆積されてなる。基板3は、Al2O3、CaF2又はガラス材料等からなり、引き上げ法により育成された3〜4インチ径の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板3上に上述した金属膜2を均一に堆積させるべく、通常基板3表面に対して機械研磨、面取り、洗浄等の処理が施される。
【0019】
上述の構成からなる光プローブ1並びに金属膜2において、光プローブ1から紫外光を出射すると、先端部13近傍にある空気中の酸素を(1)式の如くオゾンへ改質させることができる。
O2+O=O3・・・・・・・・(1)
このように改質させられたオゾンは、酸素と比較して活性が高く、金属膜2の酸化を促進させることができる。従って、先端部13が、ピンホールを作製する箇所の近傍にくるように光プローブ1を配置することにより、図2(a)に示すように当該箇所の金属膜2を酸化させることができる。ここで先端部13は、先端曲率半径10nm程度まで先鋭化させることができるため、酸化する金属膜2を最小で半径約10nmの領域まで制御することができる。
【0020】
なお、オゾンにより酸化を促進させられた箇所の金属膜2は、徐々に透過性の高い酸化領域31が形成されてゆく。例えば、金属膜2としてZnを用いている場合には、透明性の高いZnOを形成させることができる。そして、最終的には、図2(b)に示すようにナノメータサイズのピンホール32が形成されることになる。
【0021】
すなわち、本発明では、光プローブ1の配置や、先端曲率半径を制御することにより、ナノメータサイズのピンホール32を所望の位置に形成させることができる。
【0022】
また、本発明では、大気中に存在する酸素をオゾンに改質することにより、金属膜2の酸化を促進させる場合のみならず、光プローブ1を予め酸素雰囲気中に設置することにより、(1)式に示される酸化をさらに促進させることができる。
【0023】
また、上述の構成からなる光プローブ1により金属膜2へ仕事関数を超える波長の光が直接的に照射されると、金属膜2内部に存在する電子を放出させることができ、当該金属膜2自身を酸化させることもできる。
【0024】
このように本発明を適用したピンホール作製方法では、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させた突出部を有する光プローブ1から、金属膜2を堆積させた基板3付近へ光を照射し、当該照射した光に応じて基板3付近に存在するガスを活性化させ、或いは金属膜2中の電子を放出させることにより、金属膜2を酸化させてナノメータサイズのピンホール32を作製することができる。
【0025】
また光プローブ1をナノメータの間隔で徐々に移動させながら、光を出射させることにより、図3に示すようにピンホール32をナノメータの間隔で多数作製することができる。このように作製した多数のピンホール32は、プローブアレイやレンズアレイとして応用することも可能となり、これらを例えば近接場光学顕微鏡に対して適用することも可能となる。これにより、ナノメータサイズのピンホールを用いた近接場光学顕微鏡により、ナノメータレベルの分解能で試料の物性を測定することができ、さらにはナノ光デバイスの操作、加工を高精度に実現することができる。
【0026】
なお、本発明を適用したピンホール作製方法では、金属膜2と探針4とを近接させて電圧を印加することにより、両者間に存在する水蒸気を電気分解させて金属膜2を酸化させてもよい。図4は、本発明に係るピンホール作製方法を実現するための探針4並びにピンホールを作製するための金属膜2を示している。
【0027】
探針4は、例えば原子間力顕微鏡等に用いられるプローブと同様に先端を100nm以下のサイズまで先鋭化させた導電性金属の探針である。
【0028】
金属膜2と探針4との間で電源5により電圧を印加すると、両者間に存在する水分が電気分解される。そして、かかる電気分解によって生じた水酸化イオンが金属膜2と反応することにより、当該箇所の金属膜2を酸化させることができる。例えば、金属膜2としてZnを用いている場合には、透明性の高いZnOを形成させることができ、最終的には、図2(b)に示すようなナノメータサイズのピンホール32を形成させることができる。
【0029】
すなわち、本発明では、電界を印加し、探針4の配置や、先端曲率半径を制御することにより、ナノメータサイズのピンホール32を所望の位置に形成させることができる。また探針4の代替として、表面を金属によりコーティングしたプローブを用いることにより、上述の如き電気分解を実現してもよいことは勿論である。
【0030】
このように、本発明を適用したピンホール作製方法では、基板3上に堆積された金属膜2と導電性を有する探針4との間へ電圧を印加し、当該印加した電圧に応じて探針4近傍の水蒸気を電気分解させる。これにより、金属膜2を酸化させることができ、ひいてはナノメータサイズのピンホール32を作製することができる。
【0031】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明を適用したピンホールの作製方法は、光プローブから出射させた光により大気中に存在する酸素をオゾンに改質し、或いは、金属膜へ仕事関数を超える波長の光が直接的に照射させて、金属膜内部に存在する電子を放出させる。これにより、金属膜を酸化させてナノメータサイズのピンホールを作製することができる。
【0032】
以上詳細に説明したように、本発明を適用したピンホールの作製方法は、金属膜と導電性を有する探針との間へ電圧を印加して、両者間に存在する水分を電気分解する。これにより、電気分解によって生じた水酸化イオンと反応させて金属膜を酸化させて、ナノメータサイズのピンホールを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るピンホールの作製方法を実現するための光プローブ並びにピンホールを作製するための金属膜を示す図である。
【図2】金属膜を酸化させてピンホールを作製する例を示す図である。
【図3】金属膜を酸化させて多数のナノメータサイズのピンホールを多数作製する例を示す図である。
【図4】金属膜2と探針4とを近接させて電圧を印加することにより、両者間に存在する水蒸気を電気分解させる例を示す図である。
【符号の説明】
1 光プローブ、2 金属膜、3 基板、4 探針、5 電源、11 光導波部、12 突出部、20 コア、21 クラッド、31 金属層、32 ピンホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus of pinholes passed through the metal film, and more particularly to a manufacturing method and a manufacturing apparatus of a pinhole composed of nanometer size.
[0002]
[Prior art]
In recent years, nano-optical devices having nanometer-sized microstructures such as single-molecule optical memories and single-electronic devices are being put to practical use on the basis of the development of microfabrication technology. A near-field optical microscope having high resolution has attracted attention as a technology indispensable for the development or evaluation of the above-described elements. This near-field optical microscope can know the physical properties, for example, by detecting the light intensity, wavelength, polarization, etc. of light emitted from or transmitted through the sample.
[0003]
The near-field optical microscope has a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber in which a cladding is provided around the core, and the sharpened portion is covered with a metal such as Au or Ag. An optical image having a resolution exceeding the wavelength of light can be obtained. That is, by using such a near-field optical microscope, in addition to measuring the physical properties of the sample with high resolution, it is possible to perform memory operations such as writing and reading, as well as optical processing.
[0004]
Incidentally, when the physical properties of a sample are measured by the near-field optical microscope, the shape of the sample is measured by detecting evanescent light localized in a region smaller than the wavelength of light on the sample surface. Then, the evanescent light generated by irradiating the sample with light under the total reflection condition is scattered by the above-described probe and converted into propagating light. The converted propagation light is guided to the core of the optical fiber through the sharpened portion where the probe is formed, and is detected by the detector connected to the other emission end of the optical fiber. That is, this near-field optical microscope can perform both scattering and detection by a probe (see, for example, Patent Document 1) provided at a sharp point.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-10-082792 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as a probe array or a lens array of such a near-field optical microscope, a pinhole made of a highly permeable oxidized region is indispensable. There is a problem that the physical properties of the sample cannot be measured with high resolution, and the operation and processing of the nano-optical device cannot be realized with high accuracy.
[0007]
The present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pinhole manufacturing method and manufacturing apparatus having a nanometer size.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the pinhole manufacturing method according to the present invention has a metal layer formed on the surface excluding the tip of the core from which one end of an optical fiber provided with a cladding around the core is projected. The protruding portion of the optical probe having a protruding portion is disposed in the vicinity of the metal film of the substrate on which the metal film is deposited, and light is irradiated from the protruding portion of the optical probe to the metal film of the substrate . Depending on the light, a gas existing in the vicinity of the metal film is activated, or electrons in the metal film are emitted to oxidize the metal film to produce a pinhole.
[0009]
In this pinhole manufacturing method, oxygen emitted from the optical probe is modified into ozone by the light emitted from the optical probe, or light with a wavelength exceeding the work function is directly irradiated onto the metal film. By releasing electrons existing inside the metal film, the oxidation of the metal film is promoted.
[0010]
In addition, the pinhole manufacturing apparatus according to the present invention includes an optical probe having a protruding portion in which a metal layer is formed on the surface excluding a tip portion of a core protruding from one end of an optical fiber provided with a cladding around the core. The protrusion of the optical probe is disposed in the vicinity of the metal film of the substrate on which the metal film is deposited, and the metal film of the substrate is irradiated with light from the protrusion of the optical probe, and the metal film It is characterized in that pinholes are produced by oxidizing.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 shows an
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The protruding
[0017]
Incidentally, such a protruding
[0018]
The
[0019]
In the
O 2 + O = O 3 (1)
The ozone thus modified has higher activity than oxygen and can promote the oxidation of the
[0020]
In addition, in the
[0021]
That is, in the present invention, the nanometer-
[0022]
Further, in the present invention, not only the case where the oxidation of the
[0023]
Further, when light having a wavelength exceeding the work function is directly irradiated onto the
[0024]
As described above, in the pinhole manufacturing method to which the present invention is applied, the vicinity of the
[0025]
Further, by emitting light while gradually moving the
[0026]
In the pinhole manufacturing method to which the present invention is applied, by applying a voltage by bringing the
[0027]
The probe 4 is a conductive metal probe having a tip sharpened to a size of 100 nm or less, like a probe used in an atomic force microscope, for example.
[0028]
When a voltage is applied between the
[0029]
That is, in the present invention, the nanometer-
[0030]
Thus, in the pinhole manufacturing method to which the present invention is applied, a voltage is applied between the
[0031]
【The invention's effect】
As described in detail above, the pinhole manufacturing method to which the present invention is applied is a method of reforming oxygen present in the atmosphere to ozone by light emitted from an optical probe, or exceeding a work function to a metal film. Light of a wavelength is directly irradiated to emit electrons existing in the metal film. Thereby, a metal film can be oxidized and a nanometer-sized pinhole can be produced.
[0032]
As described in detail above, the pinhole manufacturing method to which the present invention is applied applies voltage between the metal film and the conductive probe, and electrolyzes the water present between the two. Thereby, it is made to react with the hydroxide ion produced by electrolysis, a metal film is oxidized, and a nanometer-sized pinhole can be produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an optical probe for realizing a method for producing a pinhole according to the present invention and a metal film for producing a pinhole.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which a pinhole is formed by oxidizing a metal film.
FIG. 3 is a diagram showing an example in which a large number of nanometer-sized pinholes are produced by oxidizing a metal film.
FIG. 4 is a diagram showing an example in which water vapor existing between the
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
当該照射した光に応じて上記金属膜付近に存在するガスを活性化させ、或いは上記金属膜中の電子を放出させることにより、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製すること を特徴とするピンホールの作製方法。 An optical probe having a protruding portion in which a metal layer is formed on the surface excluding the tip of the core protruding from one end of an optical fiber provided with a cladding around the core. Arranged in the vicinity of the metal film, irradiating the metal film of the substrate from the protruding portion of the optical probe ,
According to the irradiated light, a gas existing in the vicinity of the metal film is activated, or electrons in the metal film are emitted to oxidize the metal film to produce a pinhole. How to make a pinhole.
金属膜を堆積させた基板の上記金属膜の近傍に上記光プローブの上記突出部を配置して、上記光プローブの突出部から上記基板の金属膜へ光を照射し、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製することを特徴とするピンホールの作製装置。 The projecting portion of the optical probe is disposed in the vicinity of the metal film on the substrate on which the metal film is deposited, and the metal film on the substrate is irradiated with light from the projecting portion of the optical probe to oxidize the metal film. An apparatus for producing a pinhole, characterized by producing a pinhole.
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