JP3677653B2

JP3677653B2 - 近接場光プローブ及びその製造方法

Info

Publication number: JP3677653B2
Application number: JP2001194984A
Authority: JP
Inventors: 忠川添; 元一大津; アイヤー・エヌ・ヘマントクマール
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP2003014608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光プローブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微細加工技術の発展を基盤に、ナノメートルサイズの微細構造を有する素子が実用化されようとしている。ナノメートルオーダーの分解能をもつ近接場光学顕微鏡は、上述したようなデバイスの開発あるいは評価に欠かせないものとなっている。
【０００３】
この近接場光学顕微鏡は、例えば試料からの発光あるいは透過光の光強度、波長、偏光等を検出することにより、試料から得られる発光あるいは透過光から試料の物性を知ることができる。
【０００４】
近接場光学顕微鏡は、ナノメートルサイズのプローブを備え、光の波長を超えた分解能をもつ光学像を得ることができる。従って、この近接場光学顕微鏡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、光メモリー材料、感光性材料等の物体の形状測定や分光測定、さらにはメモリー操作（書き込み／読み出し／消去）、光加工などを行うことができる。
【０００５】
この近接場光学顕微鏡は、試料の物性を得るときには物質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物体の形状を測定し、全反射条件下で物体にレーザ光が照射されることにより生じたエバネッセント光を、プローブのナノメートルサイズとなされた先鋭部の先端によって形成させる。この場合には、プローブが光ファイバーで形成されており、先鋭部によって散乱された光は当該先鋭部を通じて光ファイバーのコアに送られる。そして、コア内に導かれた光は、光ファイバーのもう一方の出射端から出射し、検出器により検出される。つまり、この顕微鏡では、光ファイバープローブによって散乱と検出の両方が行われる。そして、このとき、プローブを物体上で走査させることにより、２次元的な検出光の画像が得られることになる。
【０００６】
上述の光ファイバープローブは、先鋭部の先端に微小開口を形成することにより光を閉じこめ、或いは先鋭部を微小構造とすることにより光を散乱させる現象を生じさせて近接場光学顕微鏡として利用されている。光ファイバープローブは、先端を鋭く尖らせた構造とするとともに、その外面を金属被膜からなる遮光膜で覆うことにより、近接場領域への光を閉じこめ、局所的な散乱を可能にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、この金属被膜は蒸着やスパッタリング等によって形成されるが、蒸着やスパッタリング等によって形成された金属被膜は、数ｎｍ〜数十ｎｍのクラスタによって構成されている。したがって、金属被膜の膜厚を例えば１００ｎｍ以下と薄くした場合には、当該クラスタの間隙より光がリークしてしまい、金属被膜に十分な遮光性を付与することができなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、金属被膜の間隙からのリークを無くした近接場光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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の近接場光プローブは、少なくとも突起部を有し、当該突起部の外面は金属被膜によって覆われているとともに、当該突起部の頂点部は金属被膜が形成されず開口部とされてなる近接場光プローブであって、上記金属被膜が、Ｈｇによってアマルガム化されていることを特徴とする。
【００１０】
上述したような本発明に係る近接場光プローブでは、上記金属被膜がアマルガム化されているので、金属被膜のクラスタ間隙が埋まり、金属被膜の遮光性が向上する。
【００１１】
また、本発明の近接場光プローブの製造方法では、少なくとも突起部を有し、当該突起部の外面は金属被膜によって覆われているとともに、当該突起部の頂点部は金属被膜が形成されず開口部とされてなる近接場光プローブを製造するに際し、上記金属被膜にＨｇを接触させることにより、当該金属被膜をアマルガム化することを特徴とする。
【００１２】
上述したような本発明に係る近接場光プローブの製造方法では、上記金属被膜をアマルガム化しているので、金属被膜のクラスタ間隙を埋めて、金属被膜の遮光性を向上させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した近接場光プローブ及びその製造方法の、実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に近接場光プローブとして、光ファイバープローブの概略図を示す。この光ファイバープローブ１は、その中心軸に沿って伸びるコア部２と、コア部２の外周面を覆うクラッド部３と、クラッド部３の表面部分を覆う金属被膜４とから構成され、その先端部分が略円錐状に尖鋭化されて突起部５とされている。
【００１５】
コア部２は、光ファイバープローブ１に入射した光が伝播する部分である。このコア部２は、例えば純粋石英（ＳｉＯ_２）からなる第１のコア部と、その中心部に例えば二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２）がドープされてなる第２のコア部とからなる２重コア構造となっている。また、コア部２を伝播する光が外部へと漏れるのを防止するために、コア部２の外周面はクラッド部３によって覆われている。
【００１６】
そして、コア部２は、光ファイバプローブ１の一端においてクラッド部３の端面から突出して突起部５となされている。この突起部５と、その近傍に位置するクラッド部４の表面は、アルミニウム等からなる金属被膜４で覆われている。ただし、突起部５の頂点部分は、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）等の適宜手段により金属被膜が除去されて開口部６が形成されており、コア部２が露出している。この開口部６は光ファイバープローブ１における光の出射口となる。
【００１７】
ここで、本発明に係る光ファイバープローブ１では、金属被膜４が、Ｈｇとの合金であるアマルガム化されている。
【００１８】
金属被膜４の膜厚については、近接場光プローブの分解能という点からは、より薄いことが要求され、同時に、一方で背景ノイズを減らすために十分な遮光性能が要求される。
【００１９】
一般的に、この金属被膜は蒸着やスパッタリング等によって形成されるが、蒸着やスパッタリング等によって形成された金属被膜は、数ｎｍ〜数十ｎｍのクラスタによって構成されている。したがって、金属被膜４の膜厚を例えば１００ｎｍ以下と薄くした場合には、当該クラスタの間隙より光がリークしてしまうことになり、金属被膜に十分な遮光性を付与することができなかった。
【００２０】
金属被膜４をアマルガム化することで、当該クラスタの間隙を埋めることができ、これによりクラスタの間隙からの光のリークを抑えて、金属被膜に十分な遮光性を付与することができる。
【００２１】
金属被膜４をアマルガム化する方法としては、例えば、光ファイバープローブ表面をコートする金属被膜４の表面に、水銀を接触させ、その後水銀を取り除くという方法が挙げられる。金属被膜４の表面に、水銀を接触させることで、簡便に金属被膜４をアマルガム化することができる。
【００２２】
この金属被膜４を構成する材料としては、Ｈｇと合金化（アマルガム化）する金属であれば、種々の金属を用いることができるが、その中でも特に、Ａｕ、Ａｌを用いることが好ましい。
【００２３】
ここで、金属被膜にＡｕを用いて光ファイバープローブを作製し、当該金属被膜に水銀処理を施さない場合の光ファイバープローブの金属被膜表面のＳＥＭ写真を図２（ａ）に、水銀処理を施すことにより金属被膜をアマルガム化した光ファイバープローブの金属被膜表面のＳＥＭ写真を図２（ｂ）に示す。
【００２４】
図２（ａ）と図２（ｂ）とを比較することにより、水銀処理によって金属被膜をアマルガム化した図２（ｂ）の光ファイバープローブでは、金属被膜に水銀処理を施さなかった図２の光ファイバープローブに比べて、金属被膜表面のホモロジーが緩和されていることがわかる。
【００２５】
また、金属被膜にＡｕを用い、プローブ先端に開口部を形成しないで光ファイバープローブを作製し、プローブ先端からリークする光量の、入力光に対する依存性を調べた。その結果を図３に示す。なお、図３では、水銀処理によって金属被膜をアマルガム化した場合を◇で、金属被膜に水銀処理を施さなかった場合を◆で示している。
【００２６】
図３から、水銀処理によって金属被膜をアマルガム化することで、金属被膜に水銀処理を施さなかった場合に比べてリーク光量が１／６に減少するとともに、光ファイバープローブが強い入力光によってダメージを受けるしきい値も増加し改善していることがわかる。
【００２７】
以上の結果より、金属被膜をアマルガム化することで、当該クラスタの間隙を埋めることができ、これによりクラスタの間隙からの光のリークを抑えて、金属被膜に十分な遮光性を付与することができることがかった。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、近接場光プローブとして、光ファイバープローブを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば基板上に突起部が形成されてなるようなプローブなど、一般に近接場光プローブとして用いられているものに対しても広く適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明では、近接場光プローブにの表面をコートする金属被膜をアマルガム化することで、金属被膜のクラスタの間隙を埋めることができ、これによりクラスタの間隙からの光のリークを抑えて、金属被膜に十分な遮光性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバープローブの一構成例を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、金属被膜に水銀処理を施さない場合の光ファイバープローブの金属被膜表面のＳＥＭ写真であり、（ｂ）は、水銀処理を施すことにより金属被膜をアマルガム化した光ファイバープローブの金属被膜表面のＳＥＭ写真である。
【図３】プローブ先端からリークする光量の、入力光に対する依存性を示す図である。
【符号の説明】
１光ファイバープローブ、２コア部、３クラッド部、４金属被膜、５突起部、６開口部

Claims

少なくとも突起部を有し、当該突起部の外面は金属被膜によって覆われているとともに、当該突起部の頂点部は金属被膜が形成されず開口部とされてなる近接場光プローブであって、
上記金属被膜が、Ｈｇによってアマルガム化されていることを特徴とする近接場光プローブ。
上記近接場光プローブは、開口型プローブであり、プローブの外面は遮光のための金属膜によって覆われているとともに、その一部分は近接場光を発生させるために金属膜を除去してあることを特徴とする請求項１記載の近接場光プローブ。
上記近接場光プローブは、光ファイバープローブであり、
上記光ファイバープローブは、コア部と当該コア部の周囲に配されたクラッド部とからなる光ファイバーの一端部が略円錐形状の突起部とされ、当該突起部の外面は金属被膜によって覆われているとともに、当該突起部の頂点部は金属被膜が形成されず開口部とされていることを特徴とする請求項１記載の近接場光プローブ。
上記金属被膜は、Ａｌ又はＡｕからなることを特徴とする請求項１記載の近接場光プローブ。
少なくとも突起部を有し、当該突起部の外面は金属被膜によって覆われているとともに、当該突起部の頂点部は金属被膜が形成されず開口部とされてなる近接場光プローブを製造するに際し、
上記金属被膜にＨｇを接触させることにより、当該金属被膜をアマルガム化することを特徴とする近接場光プローブの製造方法。
上記近接場光プローブは、開口型プローブであり、プローブの外面は遮光のための金属膜によって覆われているとともに、その一部分は近接場光を発生させるために金属膜を除去してあることを特徴とする請求項５記載の近接場光プローブの製造方法。
上記近接場光プローブは、光ファイバープローブであり、
上記光ファイバープローブは、コア部と当該コア部の周囲に配されたクラッド部とからなる光ファイバーの一端部が略円錐形状の突起部とされ、当該突起部の外面は金属被膜によって覆われているとともに、当該突起部の頂点部は金属被膜が形成されず開口部とされていることを特徴とする請求項５記載の近接場光プローブの製造方法。
上記金属被膜を、Ａｌ又はＡｕから形成することを特徴とする請求項５記載の近接場光プローブの製造方法。