JP3997029B2 - 光検出または光照射用のプローブ及びその製造方法 - Google Patents
光検出または光照射用のプローブ及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）を有するプローブとその製造方法、及び該プローブによって構成されてなる顕微鏡装置または記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、近接場光を用いた半球状の固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ；以下ＳＩＬと略す）が提案された（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５７Ｎｏ．２４，２６１５（１９９０））。ＳＩＬにおいては、レンズの屈折率をｎとすると、波長λでＳＩＬに入射した光は、ＳＩＬ中で波長がλ／ｎとなり、この結果、光のスポット径を通常の光学系の１／ｎに絞ることできる。さらに、超半球のＳＩＬにより光のスポット径を１／ｎ2にすることができる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６５ Ｎｏ．４，３８８（１９９４））。これらの技術により、光学顕微鏡の高分解能化や光記録の高密度化が実現されている。
さらにＳＩＬをカンチレバーの自由端部に搭載することが示唆されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７２ Ｎｏ．２２，２７７９（１９９８））。ＳＩＬをカンチレバーに搭載することにより、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を付与させることができる他、その機能を利用してカンチレバー探針と試料との距離制御を容易にすることが可能である。また、探針と試料との間に必要以上の荷重が加わるのを防止できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＩＬを自由端部に搭載したカンチレバーは、その製造工程においてカンチレバー自由端部に半球状のレンズあるいは突起を貼りあわせる必要があり、接合時のアライメント精度を得ることが難しい。また、複数のプローブを大量に製造する場合の生産性や形状再現性に乏しいという問題がある。
また、ＳＩＬがカンチレバー上にあるために、ＳＩＬに光を集光させるための集光用レンズとＳＩＬとのアライメントが困難であり、また、カンチレバーの変位により光軸がずれ易いという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記従来技術の有する課題を解決し、作製プロセスが容易で形状再現性が良く、安価に製造できると共に、マルチ化に有利であり、集光レンズとＳＩＬとの光学的なアライメントが不要で、装置の小型化が可能な光検出または光照射用の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ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、光検出または光照射用のプローブ及びその製造方法を、つぎのように構成したことを特徴とするものである。
すなわち、撓みを検出する手段を備えた片持ち梁からなる光検出または光照射用のプローブであって、
前記片持ち梁からなるプローブは、該片持ち梁の自由端部に、固浸レンズが該片持ち梁と同じ材料で一体形成された層構造と、該固浸レンズへ光を集光するための集光用レンズが該片持ち梁と同じ材料で一体形成された層構造と、
を積層した構造を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記集光用レンズが、光透過性の樹脂材料よりなることを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記固浸レンズが、半球状レンズと突起部よりなることを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記固浸レンズが、前記半球状レンズと前記突起部によって超半球レンズとして機能するように構成されてなることを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記片持ち梁が、前記固浸レンズを含む光透過性の樹脂材料Ａと、前記集光用レンズを含む光透過性の樹脂材料Ｂとを積層した構造を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記樹脂材料Ａの屈折率が、前記樹脂材料Ｂの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記片持ち梁が、前記樹脂材料Ａと、前記樹脂材料Ｂとの間に、樹脂材料Ｃよりなる中間層が形成された構造を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記樹脂材料Ａおよび前記樹脂材料Ｂの屈折率が、前記樹脂材料Ｃの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記樹脂材料Ｃが、前記固浸レンズと前記集光用レンズの近傍に空隙を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記片持ち梁上に、撓み検出用の光反射膜を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記突起部の周囲に、磁場印加用のコイルを有することを特徴としている。
また、本発明のプローブを用いた顕微鏡装置は、そのプローブが上記した本発明のいずれかの光検出または光照射用のプローブからなることを特徴としている。また、本発明のプローブを用いた記録再生装置は、そのプローブが上記した本発明のいずれかの光検出または光照射用のプローブからなることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の光検出または光照射用のプローブの製造方法は、
（ａ）逆半球状の凹部を有する第１の金型を製造する工程と、
（ｂ）逆突起状の凹部を有する第２の金型を製造する工程と、
（ｃ）前記第１の金型と前記第２の金型の間に、光透過性の樹脂材料Ａを充填して硬化させ、前記第１の金型から樹脂材料Ａを剥離する工程と、
（ｄ）凹レンズ状の凹部を有する第３の金型を製造する工程と、
（ｅ）前記樹脂材料Ａを有する第２の金型と前記第３の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｂを充填して硬化させ、前記第２の金型と前記樹脂材料Ａとの間、及び、前記第３の金型と前記樹脂材料Ｂとの間で剥離を行なうことにより、片持ち梁上に樹脂材料Ｂよりなる集光用レンズ、樹脂材料Ａよりなる半球状レンズ及び突起部、を有するプローブを形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴としている。
そして、本発明のこれらの光検出または光照射用のプローブの製造方法において、前記樹脂材料Ａの屈折率が、前記樹脂材料Ｂの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブの製造方法は、
（ａ）逆半球状の凹部を有する第１の金型を製造する工程と、
（ｂ）逆突起状の凹部を有する第２の金型を製造する工程と、
（ｃ）前記第１の金型と前記第２の金型の間に、光透過性の樹脂材料Ａを充填して硬化させ、前記第１の金型から樹脂材料Ａを剥離する工程と、
（ｄ）凹レンズ状の凹部を有する第４の金型を製造すると共に、該第４の金型によって凸レンズ状の凸部を有する第５の金型を製造する工程と、
（ｅ）前記樹脂材料Ａを有する第２の金型と前記第５の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｃを充填して硬化させ、前記第５の金型から前記樹脂材料Ｃを剥離する工程と、
（ｆ）前記樹脂材料Ｃおよび樹脂材料Ａを有する前記第２の金型と前記第４の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｂを充填して硬化させ、前記第２の金型と前記樹脂材料Ａとの間、及び、前記第４の金型と樹脂材料Ｂとの間で剥離を行なうことにより、片持ち梁上に樹脂材料Ｂよりなる集光用レンズ、樹脂材料Ｃよりなる中間層、樹脂材料Ａよりなる半球状レンズ及び突起部、を有するプローブを形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブの製造方法は、前記樹脂材料Ｃよりなる中間層の一部を除去し、集光レンズと半球状レンズとの間に空隙を形成する工程を有することを特徴としている。
そして、本発明のこれらの光検出または光照射用のプローブの製造方法において、前記樹脂材料Ａおよび前記樹脂材料Ｂの屈折率が、前記樹脂材料Ｃの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記構成によって、本発明によるプローブはＳＩＬにより光のスポット径を従来の光学系よりも小さくし、高分解能での光学像観察や、高密度な光記録を行なうことを可能とするものである。
本発明によるプローブの第１態様は、図１に示すように支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状のＳＩＬ３及び突起部４（突起先端に微小な平坦部を有する）を有している。この態様のプローブは図４に示すようにＳＩＬ３上部に集光用のレンズを配置して用いる。
また、本発明によるプローブの第２態様は、図５、図９および図１４に示すように支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光用レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。この態様のプローブを顕微鏡や記録再生装置に使用する際は、プローブの他に集光用レンズを配置する必要が無く、装置をコンパクトに構成することが可能である。
【０００８】
集光レンズ、ＳＩＬおよび突起部の構成材料としては光透過性を有することが必要である。レーザー光は集光レンズにより屈折して集光され、ＳＩＬに入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。ＳＩＬと突起部の組み合わせは、超半球レンズとして機能するように設計される。また、光のスポット径を小さくするためには開口数ＮＡを大きくすることが必要であり、材料の屈折率は例えば以下のような組み合わせで選択される。
▲１▼集光レンズ（低屈折率材料）／ＳＩＬ・突起部（高屈折率材料）
▲２▼集光レンズ（高屈折率材料）／中間層（低屈折率材料）／ＳＩＬ・突起部（高屈折率材料）
▲３▼集光レンズ（高屈折率材料）／空隙／ＳＩＬ・突起部（高屈折率材料）
集光レンズとしては球面収差の小さい非球面レンズやグレーティングレンズ等を用いることが可能である。また、カンチレバーの撓みを検出するために、カンチレバー上にピエゾ抵抗層や光てこ用の反射膜を形成してもよい。これにより原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、プローブ−試料間距離の調節を容易にすることができる。
【０００９】
本発明はまた、上記プローブの製造方法を含み、具体的には、
▲１▼逆半球状の凹部を有する金型、
▲２▼逆突起状の凹部を有する金型、
▲３▼凹レンズ状の凹部を有する金型、
▲４▼凸レンズ状の凸部を有する金型、
等を作製し、これら金型を適宜組み合わせ、２つの金型の間に光透過性の樹脂を充填して硬化させ、剥離することにより樹脂の成形を行う。また、この工程を複数回繰り返すことにより、複数のレンズを有する多層構成のプローブを形成することができる。
金型の作製方法としては各種の切削加工やエッチング法が利用できる。逆半球状の凹部を有する金型の製法としては、特に［自社件；ＦＮ１７６３９３］に開示されているマイクロレンズ金型の製造方法が形状再現性の点で優れている。逆突起状の凹部を有する金型の製法としては、特に面方位（１００）の単結晶シリコンを異方性エッチングする方法が形状再現性の点で優れている。また、凸レンズ状の凸部を有する金型の製法としては、レジスト等をリフローさせる方法が優れている。凹レンズ状の凹部を有する金型は、凸レンズ状の凸部を有する金型から製造するのが良い。
本発明はまた、上記プローブを用いた顕微鏡装置および記録再生装置を含む。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明の参考例および実施例について説明をする。
［参考例］
図１に本発明の参考例におけるプローブの構成を示す。
プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。ＳＩＬ３、突起部４、及びカンチレバー２は全て屈折率ｎ＝１．６の均一な樹脂よりできている。ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。
【００１１】
図２および図３は、本参考例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、シリコンよりなる第１基板５の表面にスパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し、導電層６とした。次に、絶縁層７としてフォトレジストを塗布しフォトリソグラフィの手法により開口部８を形成した（図２（ａ）参照）。開口部８は円形をしており、その直径は５μｍである。次に、第１基板５の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、Ｎｉよりなる半球部９を形成した（図２（ｂ）参照）。次に、スパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し第１接合層１０とした（図２（ｃ）参照）。次に、シリコンよりなる接合用基板１１に同じくスパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し、第２接合層１２とした（図２（ｄ）参照）。次に、第１基板５と接合用基板１１とをアライメントし、荷重を加えた後、３００℃に加熱することにより、第１接合層１０と第２接合層１２との界面で接合を行った（図２（ｅ）参照）。次に、離型剤を塗布した後、紫外線硬化するフォトポリマーからなる金型用樹脂１３を第１基板５上に滴下し、紫外線を照射して金型用樹脂１３を硬化させ、金型用樹脂１３を剥離して第１金型１４とした（図２（ｆ）参照）。
【００１２】
次に、面方位（１００）の単結晶シリコン基板よりなる第２基板１５の表面に熱酸化によりＳｉＯ2を２００ｎｍ成膜し、マスク層１６とした後、フォトリソグラフィーとＣＦ4ガスを用いたドライエッチングによりレバー用開口部１７を形成しテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液を用いてシリコンの異方性エッチングを行った（図３（ａ）参照）。次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液を用いてマスク層１６をエッチング除去した。次に、再び第２基板１５の表面に熱酸化によりＳｉＯ2を２００ｎｍ成膜し、マスク層１８とした後、フォトリソグラフィーとＣＦ4ガスを用いたドライエッチングにより突起用開口部１９を形成した（図３（ｂ）参照）。次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液を用いてシリコンの異方性エッチングを行った（図３（ｃ）参照）。次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液を用いてマスク層１８をエッチング除去し、第２金型２０とした（図３（ｄ）参照）。
次に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図３（ｅ）参照）。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。次に、第１金型１４および第２金型２０から高屈折率樹脂２１を剥離してプローブ１０１を形成した（図３（ｆ）参照）。
【００１３】
図４は、本参考例によるプローブ１０１の結像を説明したものである。本プローブにおいてはＳＩＬ３の上方に集光レンズを配置することが必要である。レーザー光はこの集光レンズにより屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。
本参考例により、カンチレバー２上にＳＩＬ３と突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。
【００１４】
［実施例１］
実施例１は本発明によるプローブ及びその製造方法に係るものであり、図５に本実施例におけるプローブの構成の斜視図を示す。
プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。ＳＩＬ３及び突起部４は屈折率ｎ＝１．６の高屈折率材料、集光レンズ２２は屈折率ｎ＝１．４の低屈折率材料からなる。集光レンズ２２の半径は１０μｍ、ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起部４の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。
【００１５】
図６及び図７は本実施例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、参考例で示した図２および図３と同様の方法にて第１金型１４と第２金型２０を作製し、図２（ｅ）と同様に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた。次に、第１金型１４から高屈折率樹脂２１を剥離した。
【００１６】
次に、シリコンよりなる第３基板３０の表面にスパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し、導電層６とした。次に、第１絶縁層３１として熱酸化によりＳｉＯ2を２００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとＣＦ4ガスを用いたドライエッチングにより第１開口部３２及び第２開口部３３を形成した。第１開口部３２は円形をしており、その直径は５μｍである。第２開口部３３はカンチレバー形状をしている。次に、第２絶縁層３４としてフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィの手法により第２開口部３３を覆った（図６（ａ）参照）。次に、第３基板３０の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、Ｎｉよりなる直径１０μｍの半球部９を形成した（図６（ｂ）参照）。次に、アセトンをもちいて第２絶縁層３４を除去し、第２開口部３３を露出させた。次に、再び第３基板３０の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、直径２０μｍの半球部９およびカンチレバーに対応する部分を形成した（図６（ｃ）参照）。次に、第３絶縁層３５としてフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィの手法によりカンチレバーの支持部１に対応する部分に開口部を形成した。次に、再び第３基板３０の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、支持部１に対応する部分を形成した（図６（ｄ）参照）。
【００１７】
次に、第３基板３０に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するフォトポリマーからなる第３金型用樹脂３６を第１基板５上に滴下し、紫外線を照射して第３金型用樹脂３６を硬化させ（図６（ｅ）参照）、第３金型用樹脂３６を剥離して第３金型３７とした（図６（ｆ）参照）。
次に、紫外線硬化するアクリル系樹脂よりなる低屈折率樹脂３８を第２金型２０上の高屈折率樹脂２１上に塗布し、この上に離型剤を塗布した第３金型３７をアライメントして荷重を加え、余分な低屈折率樹脂３８を取り除いた後、第３金型３７上部から紫外線を照射して低屈折率樹脂３８を硬化させた（図７（ａ）参照）。尚、低屈折率樹脂３８の屈折率ｎは１．４である。次に、第３金型３７および第２金型２０から低屈折率樹脂３８を剥離してプローブ１０２を形成した（図７（ｂ）参照）。
【００１８】
図８は、本実施例によるプローブ１０２の結像を説明したものである。
レーザー光は集光レンズ２２により屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。本実施例によるプローブ１０２の開口数ＮＡは約０．５である。また、入射光の波長をλとすると、ビームスポット径は約０．８λである。本実施例により、カンチレバー２上に集光レンズ２２、ＳＩＬ３および突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。
【００１９】
［実施例２］
実施例２は本発明によるプローブ及びその製造方法に係るものであり、図９にその構成を示す。
図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は上面図である。プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。集光レンズ２２、ＳＩＬ３及び突起部４は屈折率ｎ＝１．６の高屈折率材料からなる。集光レンズ２２とＳＩＬ３の間には屈折率ｎ＝１．４の低屈折率材料からなる中間層がある。集光レンズ２２の半径は９μｍ、ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起部４の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。また、突起部の周囲には磁場を発生させるためのコイル５１を有する。また、カンチレバー２上にカンチレバー２の撓みを検出するための反射膜５２を有する。
【００２０】
図１０、図１１、図１２は本実施例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、参考例で示した図２（ａ）〜（ｆ）と同様の方法で、第１金型１４を作製した。
次に、参考例で示した図３（ａ）〜（ｄ）と同様の方法で、第２金型２０を作製した（図１０（ａ）〜（ｄ）参照）。次に、第２金型２０上に真空蒸着法によりＡｕを１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィーとドライエッチングによりパターニングし、コイル５１を形成した（図１０（ｅ）参照）。次に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１０（ｆ）参照）。次に、第１金型１４から高屈折率樹脂２１を剥離した（図１０（ｇ）参照）。
【００２１】
次に、透明なポリマーからなる基板を切削加工することにより凹レンズ状の凹部４１を有する第４金型４２を作製した（図１１（ａ）参照）。次に第４金型４２の凹部４１を有する面に離型剤を塗布し、紫外線硬化するフォトポリマーからなる第５金型用樹脂４３を滴下し、紫外線を照射して第５金型用樹脂４３を硬化させた（図１１（ｂ）参照）。次に、第４金型４２から第５金型用樹脂４３を剥離することにより凸レンズ状の凸部４４を有する第５金型４５を作製した。（図１１（ｃ）参照）。
【００２２】
次に、図１０（ｇ）に示した第２金型２０上の高屈折率樹脂２１上に紫外線硬化するアクリル系樹脂よりなる低屈折率樹脂３８を塗布し、この上に凸部４４側に離型剤を塗布した第５金型４５をアライメントして荷重を加え、余分な低屈折率樹脂３８を取り除いた後、第５金型４５上部から紫外線を照射して低屈折率樹脂３８を硬化させた（図１１（ｄ）参照）。この際、第２金型２０及び第５金型４５の間隔調整の為に厚さ１０μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、低屈折率樹脂３８の屈折率ｎは１．４である。次に、第２金型２０および低屈折率樹脂３８から第５金型４５を剥離した（図１１（ｅ）参照）。
【００２３】
次に、低屈折率樹脂３８上に再び紫外線硬化するエポキシ系樹脂よりなる高屈折率樹脂２１を塗布し、この上に凹部４１側に離型剤を塗布した第４金型４２をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第４金型４２上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１２（ａ）参照）。この際、低屈折率樹脂３８及び第４金型４２の間隔調整の為に厚さ４μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。
次に、Ａｌを１００ｎｍ成膜した後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングし、これをマスク層４６としてＯ2ガスを用いたドライエッチングにより高屈折率樹脂２１及び低屈折率樹脂３８のエッチングを行った（図１２（ｂ）参照）。次に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりマスク層４６パターニングし、反射膜５２を形成した。次に、高屈折率樹脂２１上に接着剤を用いて支持体１を接合した（図１２（ｃ）参照）。最後に、第２金型２０と高屈折率樹脂２１との界面で剥離してプローブ１０３とした（図１２（ｄ）参照）。
【００２４】
図１３は、本実施例によるプローブ１０３の結像を説明したものである。レーザー光は集光レンズ２２により屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。また、集光レンズ２２は球面収差の小さい非球面レンズである。本実施例によるプローブ１０３の開口数ＮＡは約０．７である。また、入射光の波長をλとすると、ビームスポット径は約０．６λである。本実施例においては、プローブを高屈折率材料／低屈折率材料／高屈折率材料の３層構造とすることにより、実施例１と比較して大きなＮＡを得ることができた。また、カンチレバー２上に集光レンズ２２、ＳＩＬ３および突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。また、コイル５１を有することにより、光磁気記録用プローブとして用いることが可能となった。また、反射膜５２を有することにより、カンチレバーの撓みを検知することが可能となり、原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、この手法を用いてプローブ−試料間距離の調節を容易にすることが可能となった。
【００２５】
［実施例３］
実施例３は、本発明によるプローブ及びその製造方法に係るものであり、図１４にその構成を示す。
図１４（ａ）は断面図、図１４（ｂ）は上面図である。プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。集光レンズ２２、ＳＩＬ３及び突起部４は屈折率ｎ＝１．６の高屈折率材料からなり、集光レンズ２２とＳＩＬ３の間に空隙５５を有する。集光レンズ２２の半径は１０μｍ、ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起部４の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。また、カンチレバー２上にカンチレバー２の撓みを検出するための反射膜５２を有する。
【００２６】
図１５、図１６、図１７は本実施例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、参考例で示した図２（ａ）〜（ｆ）と同様の方法で、第１金型１４を作製した。
次に、参考例で示した図２（ａ）〜（ｄ）とほぼ同様の方法で、第２金型２０を作製した（図１５（ａ）〜（ｄ）参照）。参考例と異なる点は、第２基板１５上のマスク層１６をパターニングしてレバー用開口部１７を形成する際に、後工程で低屈折率樹脂をエッチングする際の貫通穴５４となる部分に島状部５３を形成した。
【００２７】
次に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１５（ｅ）参照）。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。次に、第１金型１４から高屈折率樹脂２１を剥離した（図１５（ｆ）参照）。
【００２８】
次に、実施例２で示した図１１（ａ）〜（ｃ）と同様の方法で第４金型４２及び第５金型４５を作製した（図１６（ａ）〜（ｃ）参照）。次に、図１５（ｆ）に示した第２金型２０上の高屈折率樹脂２１上に紫外線硬化するアクリル系樹脂よりなる低屈折率樹脂３８を塗布し、この上に凸部４４側に離型剤を塗布した第５金型４５をアライメントして荷重を加え、余分な低屈折率樹脂３８を取り除いた後、第５金型４５上部から紫外線を照射して低屈折率樹脂３８を硬化させた（図１６（ｄ）参照）。この際、第２金型２０及び第５金型４５の間隔調整の為に厚さ８μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、低屈折率樹脂３８の屈折率ｎは１．４である。次に、第２金型２０および低屈折率樹脂３８から第５金型４５を剥離した。次に、Ａｌを１００ｎｍ成膜した後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングし、これをマスクとしてＯ２ガスを用いたドライエッチングによりカンチレバー周囲２０μｍの低屈折率樹脂３８をエッチング除去した。次に、ウェットエッチングにより上記のＡｌを除去した（図１６（ｅ）参照）。
【００２９】
次に、低屈折率樹脂３８上に再び紫外線硬化するエポキシ系樹脂よりなる高屈折率樹脂２１を塗布し、この上に凹部４１側に離型剤を塗布した第４金型４２をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第４金型４２上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１７（ａ）参照）。この際、低屈折率樹脂３８及び第４金型４２の間隔調整の為に厚さ２μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。次に、Ａｌを１００ｎｍ成膜した後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングし、これをマスク層４６としてＯ2ガスを用いたドライエッチングにより高屈折率樹脂２１及び低屈折率樹脂３８のエッチングを行った（図１７（ｂ）参照）。次に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりマスク層４６をパターニングし、反射膜５２を形成した。次に、高屈折率樹脂２１上に接着剤を用いて支持体１を接合した（図１７（ｃ）参照）。次に、第２金型２０と高屈折率樹脂２１との界面で剥離した。最後に、貫通穴５４からアセトンを用いて低屈折率樹脂３８の一部を除去することにより空隙５５を形成し、プローブ１０４とした（図１７（ｄ）参照）。
本実施例において、エポキシ系樹脂よりなる高屈折率樹脂２１の耐薬品性を向上させるために樹脂表面にスパッタリング等により酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機物をコーティングしても良い。
【００３０】
図１８は、本実施例によるプローブ１０４の結像を説明したものである。レーザー光は集光レンズ２２により屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。また、集光レンズ２２は球面収差の小さい非球面レンズである。本実施例によるプローブ１０４の開口数ＮＡは約０．９である。また、入射光の波長をλとすると、ビームスポット径は約０．４λである。本実施例においては、プローブを高屈折率材料／空隙／高屈折率材料の３層構造とすることにより、実施例１および実施例２と比較して大きなＮＡを得ることができた。また、カンチレバー２上に集光レンズ２２、ＳＩＬ３および突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。また、反射膜５２を有することにより、カンチレバーの撓みを検知することが可能となり、原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、この手法を用いてプローブ−試料間距離の調節を容易にすることが可能となった。
【００３１】
［実施例４］
実施例４は、実施例３のプローブを用いた顕微鏡装置である。
図２０にその構成を示す。
まず、近接場光による試料観察機構について説明する。レーザー光源Ａ２００から出た光がハーフミラー２０２を通ってプローブ１０４の集光レンズ２２で集光されてＳＩＬ３に続く突起部４の先端部に焦点を結ぶ。ここから記録媒体２０９に染み出した近接場光が試料２０３に作用して発生する戻り光が、再びＳＩＬ３及び集光レンズ２２を通り、ハーフミラー２０２で反射され、受光素子２０４で検出される。検出された光信号は制御装置２０６で試料２０３表面の光学的情報として処理され、その結果は表示装置２０８に表示される。
次に、プローブと試料とのＺ方向位置制御機構について説明する。レーザー光源Ｂ２０１から出た光が、プローブの反射膜５２で反射され四分割センサー２０５で検出される。検出された光信号は制御装置２０６でカンチレバーの撓み信号として計算され、この結果をＸＹＺ走査機構２０７にフィードバックしてプローブと試料とのＺ方向位置を制御する。
【００３２】
本実施例においては、制御装置２０６でＸＹＺ走査機構２０７のＸＹ走査信号を発生するとともにこれに同期してカンチレバーの撓み信号及び試料の光学的情報を表示装置２０８に表示させることにより、原子間力顕微鏡と走査型光学顕微鏡との複合装置として用いることができる。
本実施例においては、集光レンズ２２とＳＩＬ３とが一体となったカンチレバー型プローブを用いることにより、装置をコンパクトにすることができ、また、集光レンズ２２とＳＩＬ３とのアライメント機構も不要とすることが可能となった。
尚、本実施例では実施例３のプローブを用いたが、実施例２に示したプローブも同様に用いることが可能である。
【００３３】
［実施例５］
実施例５は実施例２のプローブを用いた記録再生装置である。
図２１にその構成を示す。
まず、記録機構について説明する。記録信号に基づく制御装置２０６の信号によりレーザー光源Ａ２００から出た光がハーフミラー２０２を通ってプローブ１０４の集光レンズ２２で集光されてＳＩＬ３に続く突起部４の先端部に焦点を結ぶ。これにより光磁気記録媒体２０９の表面の微小領域の温度が磁気相転移温度より高くなる。同時に制御装置２０６の信号により電圧印加回路２１０から電圧が印加され、コイル５１に磁場が発生する。これにより熱せられた微小領域のみに磁化が生じ、記録が行われる。
【００３４】
次に、再生機構について説明する。レーザー光源Ａ２００から出た光がハーフミラー２０２を通ってプローブ１０４の集光レンズ２２で集光されてＳＩＬ３に続く突起部４の先端部に焦点を結び、光磁気記録媒体２０９の表面で反射された光が、再びＳＩＬ３及び集光レンズ２２を通り、ハーフミラー２０２で反射され、受光素子２０４で検出される。検出された光信号は制御装置２０６で光カー効果による偏向回転角として処理され、その結果は再生信号として出力される。
次に、プローブと試料とのＺ方向位置制御機構について説明する。レーザー光源Ｂ２０１から出た光が、プローブの反射膜５２で反射され四分割センサー２０５で検出される。検出された光信号は制御装置２０６でカンチレバーの撓み信号として計算され、この結果をＸＹＺ走査機構２０７にフィードバックしてプローブと試料とのＺ方向位置を制御する。
【００３５】
本実施例においては、制御装置２０６でＸＹＺ走査機構２０７のＸＹ走査信号を発生するとともにこれに同期してカンチレバーの撓み信号及び試料の光学的情報を表示装置２０８に表示させることにより、記録再生装置として用いることができる。
本実施例においては、集光レンズ２２とＳＩＬ３とが一体となったカンチレバー型プローブを用いることにより、装置をコンパクトにすることができ、また、集光レンズ２２とＳＩＬ３とのアライメント機構も不要とすることが可能となった。
【００３６】
尚、本実施例では実施例２のプローブを用いたが、熱や光により相変化する記録媒体を用いて、実施例３に示したプローブを用いることも可能である。例えば、熱により記録し、記録媒体表面の光反射率により再生することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によると、カンチレバー上に集光レンズ、ＳＩＬおよび突起部が形成されたプローブの構成によって、作製プロセスが容易で形状再現性が良く、安価に製造できると共に、マルチ化に有利であり、集光レンズとＳＩＬとの光学的なアライメントが不要で、装置の小型化が可能な光検出または光照射用のプローブ及びその製造方法を実現することができる。
また、本発明によると、プローブを低屈折率材料／高屈折率材料の２層構造、あるいは高屈折率材料／低屈折率材料（または空隙）／高屈折率材料の３層構造とすることにより、大きなＮＡを得ることが可能となる。
また、本発明によると、片持ち梁上に、撓み検出用の光反射膜を有する構成を採ることによって、カンチレバーの撓みを検知することが可能となり、原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、この手法を用いてプローブ−試料間距離の調節を容易にすることができる。
また、本発明によると、突起部の周囲に、磁場印加用のコイルを有する構成を採ることによって、光磁気記録用プローブとして用いることが可能となる。
また、本発明のプローブを用いることにより、顕微鏡装置や記録再生装置をコンパクトに構成することができ、またその際、集光レンズとＳＩＬとのアライメント機構も不要とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例によるプローブを示す斜視図。
【図２】 本発明の参考例によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図３】 本発明の参考例によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図４】 本発明の参考例によるプローブの使用形態を示す図。
【図５】 本発明の実施例１によるプローブを示す斜視図。
【図６】 本発明の実施例１によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図７】 本発明の実施例１によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図８】 本発明の実施例１によるプローブの使用形態を示す図。
【図９】 本発明の実施例２によるプローブを示す図。
【図１０】 本発明の実施例２によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１１】 本発明の実施例２によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１２】 本発明の実施例２によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１３】 本発明の実施例２によるプローブの使用形態を示す図。
【図１４】 本発明の実施例３によるプローブを示す図。
【図１５】 本発明の実施例３によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１６】 本発明の実施例３によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１７】 本発明の実施例３によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１８】 本発明の実施例３によるプローブの使用形態を示す図。
【図１９】 本発明の実施例４による顕微鏡装置を示す図。
【図２０】 本発明の実施例５による記録再生装置を示す図。
【符号の説明】
１：支持体
２：カンチレバー
３：ＳＩＬ
（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ、固浸レンズ）
４：突起部
５：第１基板
６：導電層
７：絶縁層
８：開口部
９：半球部
１０：第１接合層
１１：接合用基板
１２：第２接合層
１３：第１金型用樹脂
１４：第１金型
１５：第２基板
１６：マスク層
１７：レバー用開口部
１８：マスク層
１９：突起用開口部
２０：第２金型
２１：高屈折率樹脂
２２：集光レンズ
２３：試料
３０：第３基板
３１：第１絶緑層
３２：第１開口部
３３：第２開口部
３４：第２絶縁層
３５：第３絶縁層
３６：第３金型用樹脂
３７：第３金型
３８：低屈折率樹脂
４１：凹部
４２：第４金型
４３：第５金型用樹脂
４４：凸部
４５：第５金型
４６：マスク層
５１：コイル
５２：反射膜
５３：島状部
５４：貫通穴
５５：空隙
１０１、１０２、１０３、１０４：プローブ
２００：レーザー光源Ａ
２０１：レーザー光源Ｂ
２０２：ハーフミラー
２０３：試料
２０４：受光素子
２０５：四分割センサー
２０６：制御装置
２０７：ＸＹＺ走査機構
２０８：表示装置
２０９：光磁気記録媒体
２１０：電圧印加回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）を有するプローブとその製造方法、及び該プローブによって構成されてなる顕微鏡装置または記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、近接場光を用いた半球状の固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ；以下ＳＩＬと略す）が提案された（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５７Ｎｏ．２４，２６１５（１９９０））。ＳＩＬにおいては、レンズの屈折率をｎとすると、波長λでＳＩＬに入射した光は、ＳＩＬ中で波長がλ／ｎとなり、この結果、光のスポット径を通常の光学系の１／ｎに絞ることできる。さらに、超半球のＳＩＬにより光のスポット径を１／ｎ2にすることができる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６５ Ｎｏ．４，３８８（１９９４））。これらの技術により、光学顕微鏡の高分解能化や光記録の高密度化が実現されている。
さらにＳＩＬをカンチレバーの自由端部に搭載することが示唆されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７２ Ｎｏ．２２，２７７９（１９９８））。ＳＩＬをカンチレバーに搭載することにより、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を付与させることができる他、その機能を利用してカンチレバー探針と試料との距離制御を容易にすることが可能である。また、探針と試料との間に必要以上の荷重が加わるのを防止できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＩＬを自由端部に搭載したカンチレバーは、その製造工程においてカンチレバー自由端部に半球状のレンズあるいは突起を貼りあわせる必要があり、接合時のアライメント精度を得ることが難しい。また、複数のプローブを大量に製造する場合の生産性や形状再現性に乏しいという問題がある。
また、ＳＩＬがカンチレバー上にあるために、ＳＩＬに光を集光させるための集光用レンズとＳＩＬとのアライメントが困難であり、また、カンチレバーの変位により光軸がずれ易いという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記従来技術の有する課題を解決し、作製プロセスが容易で形状再現性が良く、安価に製造できると共に、マルチ化に有利であり、集光レンズとＳＩＬとの光学的なアライメントが不要で、装置の小型化が可能な光検出または光照射用の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ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、光検出または光照射用のプローブ及びその製造方法を、つぎのように構成したことを特徴とするものである。
すなわち、撓みを検出する手段を備えた片持ち梁からなる光検出または光照射用のプローブであって、
前記片持ち梁からなるプローブは、該片持ち梁の自由端部に、固浸レンズが該片持ち梁と同じ材料で一体形成された層構造と、該固浸レンズへ光を集光するための集光用レンズが該片持ち梁と同じ材料で一体形成された層構造と、
を積層した構造を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記集光用レンズが、光透過性の樹脂材料よりなることを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記固浸レンズが、半球状レンズと突起部よりなることを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記固浸レンズが、前記半球状レンズと前記突起部によって超半球レンズとして機能するように構成されてなることを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記片持ち梁が、前記固浸レンズを含む光透過性の樹脂材料Ａと、前記集光用レンズを含む光透過性の樹脂材料Ｂとを積層した構造を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記樹脂材料Ａの屈折率が、前記樹脂材料Ｂの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記片持ち梁が、前記樹脂材料Ａと、前記樹脂材料Ｂとの間に、樹脂材料Ｃよりなる中間層が形成された構造を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記樹脂材料Ａおよび前記樹脂材料Ｂの屈折率が、前記樹脂材料Ｃの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記樹脂材料Ｃが、前記固浸レンズと前記集光用レンズの近傍に空隙を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記片持ち梁上に、撓み検出用の光反射膜を有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブは、前記突起部の周囲に、磁場印加用のコイルを有することを特徴としている。
また、本発明のプローブを用いた顕微鏡装置は、そのプローブが上記した本発明のいずれかの光検出または光照射用のプローブからなることを特徴としている。また、本発明のプローブを用いた記録再生装置は、そのプローブが上記した本発明のいずれかの光検出または光照射用のプローブからなることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の光検出または光照射用のプローブの製造方法は、
（ａ）逆半球状の凹部を有する第１の金型を製造する工程と、
（ｂ）逆突起状の凹部を有する第２の金型を製造する工程と、
（ｃ）前記第１の金型と前記第２の金型の間に、光透過性の樹脂材料Ａを充填して硬化させ、前記第１の金型から樹脂材料Ａを剥離する工程と、
（ｄ）凹レンズ状の凹部を有する第３の金型を製造する工程と、
（ｅ）前記樹脂材料Ａを有する第２の金型と前記第３の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｂを充填して硬化させ、前記第２の金型と前記樹脂材料Ａとの間、及び、前記第３の金型と前記樹脂材料Ｂとの間で剥離を行なうことにより、片持ち梁上に樹脂材料Ｂよりなる集光用レンズ、樹脂材料Ａよりなる半球状レンズ及び突起部、を有するプローブを形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴としている。
そして、本発明のこれらの光検出または光照射用のプローブの製造方法において、前記樹脂材料Ａの屈折率が、前記樹脂材料Ｂの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブの製造方法は、
（ａ）逆半球状の凹部を有する第１の金型を製造する工程と、
（ｂ）逆突起状の凹部を有する第２の金型を製造する工程と、
（ｃ）前記第１の金型と前記第２の金型の間に、光透過性の樹脂材料Ａを充填して硬化させ、前記第１の金型から樹脂材料Ａを剥離する工程と、
（ｄ）凹レンズ状の凹部を有する第４の金型を製造すると共に、該第４の金型によって凸レンズ状の凸部を有する第５の金型を製造する工程と、
（ｅ）前記樹脂材料Ａを有する第２の金型と前記第５の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｃを充填して硬化させ、前記第５の金型から前記樹脂材料Ｃを剥離する工程と、
（ｆ）前記樹脂材料Ｃおよび樹脂材料Ａを有する前記第２の金型と前記第４の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｂを充填して硬化させ、前記第２の金型と前記樹脂材料Ａとの間、及び、前記第４の金型と樹脂材料Ｂとの間で剥離を行なうことにより、片持ち梁上に樹脂材料Ｂよりなる集光用レンズ、樹脂材料Ｃよりなる中間層、樹脂材料Ａよりなる半球状レンズ及び突起部、を有するプローブを形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴としている。
また、本発明の光検出または光照射用のプローブの製造方法は、前記樹脂材料Ｃよりなる中間層の一部を除去し、集光レンズと半球状レンズとの間に空隙を形成する工程を有することを特徴としている。
そして、本発明のこれらの光検出または光照射用のプローブの製造方法において、前記樹脂材料Ａおよび前記樹脂材料Ｂの屈折率が、前記樹脂材料Ｃの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記構成によって、本発明によるプローブはＳＩＬにより光のスポット径を従来の光学系よりも小さくし、高分解能での光学像観察や、高密度な光記録を行なうことを可能とするものである。
本発明によるプローブの第１態様は、図１に示すように支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状のＳＩＬ３及び突起部４（突起先端に微小な平坦部を有する）を有している。この態様のプローブは図４に示すようにＳＩＬ３上部に集光用のレンズを配置して用いる。
また、本発明によるプローブの第２態様は、図５、図９および図１４に示すように支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光用レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。この態様のプローブを顕微鏡や記録再生装置に使用する際は、プローブの他に集光用レンズを配置する必要が無く、装置をコンパクトに構成することが可能である。
【０００８】
集光レンズ、ＳＩＬおよび突起部の構成材料としては光透過性を有することが必要である。レーザー光は集光レンズにより屈折して集光され、ＳＩＬに入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。ＳＩＬと突起部の組み合わせは、超半球レンズとして機能するように設計される。また、光のスポット径を小さくするためには開口数ＮＡを大きくすることが必要であり、材料の屈折率は例えば以下のような組み合わせで選択される。
▲１▼集光レンズ（低屈折率材料）／ＳＩＬ・突起部（高屈折率材料）
▲２▼集光レンズ（高屈折率材料）／中間層（低屈折率材料）／ＳＩＬ・突起部（高屈折率材料）
▲３▼集光レンズ（高屈折率材料）／空隙／ＳＩＬ・突起部（高屈折率材料）
集光レンズとしては球面収差の小さい非球面レンズやグレーティングレンズ等を用いることが可能である。また、カンチレバーの撓みを検出するために、カンチレバー上にピエゾ抵抗層や光てこ用の反射膜を形成してもよい。これにより原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、プローブ−試料間距離の調節を容易にすることができる。
【０００９】
本発明はまた、上記プローブの製造方法を含み、具体的には、
▲１▼逆半球状の凹部を有する金型、
▲２▼逆突起状の凹部を有する金型、
▲３▼凹レンズ状の凹部を有する金型、
▲４▼凸レンズ状の凸部を有する金型、
等を作製し、これら金型を適宜組み合わせ、２つの金型の間に光透過性の樹脂を充填して硬化させ、剥離することにより樹脂の成形を行う。また、この工程を複数回繰り返すことにより、複数のレンズを有する多層構成のプローブを形成することができる。
金型の作製方法としては各種の切削加工やエッチング法が利用できる。逆半球状の凹部を有する金型の製法としては、特に［自社件；ＦＮ１７６３９３］に開示されているマイクロレンズ金型の製造方法が形状再現性の点で優れている。逆突起状の凹部を有する金型の製法としては、特に面方位（１００）の単結晶シリコンを異方性エッチングする方法が形状再現性の点で優れている。また、凸レンズ状の凸部を有する金型の製法としては、レジスト等をリフローさせる方法が優れている。凹レンズ状の凹部を有する金型は、凸レンズ状の凸部を有する金型から製造するのが良い。
本発明はまた、上記プローブを用いた顕微鏡装置および記録再生装置を含む。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明の参考例および実施例について説明をする。
［参考例］
図１に本発明の参考例におけるプローブの構成を示す。
プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。ＳＩＬ３、突起部４、及びカンチレバー２は全て屈折率ｎ＝１．６の均一な樹脂よりできている。ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。
【００１１】
図２および図３は、本参考例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、シリコンよりなる第１基板５の表面にスパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し、導電層６とした。次に、絶縁層７としてフォトレジストを塗布しフォトリソグラフィの手法により開口部８を形成した（図２（ａ）参照）。開口部８は円形をしており、その直径は５μｍである。次に、第１基板５の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、Ｎｉよりなる半球部９を形成した（図２（ｂ）参照）。次に、スパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し第１接合層１０とした（図２（ｃ）参照）。次に、シリコンよりなる接合用基板１１に同じくスパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し、第２接合層１２とした（図２（ｄ）参照）。次に、第１基板５と接合用基板１１とをアライメントし、荷重を加えた後、３００℃に加熱することにより、第１接合層１０と第２接合層１２との界面で接合を行った（図２（ｅ）参照）。次に、離型剤を塗布した後、紫外線硬化するフォトポリマーからなる金型用樹脂１３を第１基板５上に滴下し、紫外線を照射して金型用樹脂１３を硬化させ、金型用樹脂１３を剥離して第１金型１４とした（図２（ｆ）参照）。
【００１２】
次に、面方位（１００）の単結晶シリコン基板よりなる第２基板１５の表面に熱酸化によりＳｉＯ2を２００ｎｍ成膜し、マスク層１６とした後、フォトリソグラフィーとＣＦ4ガスを用いたドライエッチングによりレバー用開口部１７を形成しテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液を用いてシリコンの異方性エッチングを行った（図３（ａ）参照）。次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液を用いてマスク層１６をエッチング除去した。次に、再び第２基板１５の表面に熱酸化によりＳｉＯ2を２００ｎｍ成膜し、マスク層１８とした後、フォトリソグラフィーとＣＦ4ガスを用いたドライエッチングにより突起用開口部１９を形成した（図３（ｂ）参照）。次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液を用いてシリコンの異方性エッチングを行った（図３（ｃ）参照）。次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液を用いてマスク層１８をエッチング除去し、第２金型２０とした（図３（ｄ）参照）。
次に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図３（ｅ）参照）。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。次に、第１金型１４および第２金型２０から高屈折率樹脂２１を剥離してプローブ１０１を形成した（図３（ｆ）参照）。
【００１３】
図４は、本参考例によるプローブ１０１の結像を説明したものである。本プローブにおいてはＳＩＬ３の上方に集光レンズを配置することが必要である。レーザー光はこの集光レンズにより屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。
本参考例により、カンチレバー２上にＳＩＬ３と突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。
【００１４】
［実施例１］
実施例１は本発明によるプローブ及びその製造方法に係るものであり、図５に本実施例におけるプローブの構成の斜視図を示す。
プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。ＳＩＬ３及び突起部４は屈折率ｎ＝１．６の高屈折率材料、集光レンズ２２は屈折率ｎ＝１．４の低屈折率材料からなる。集光レンズ２２の半径は１０μｍ、ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起部４の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。
【００１５】
図６及び図７は本実施例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、参考例で示した図２および図３と同様の方法にて第１金型１４と第２金型２０を作製し、図２（ｅ）と同様に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた。次に、第１金型１４から高屈折率樹脂２１を剥離した。
【００１６】
次に、シリコンよりなる第３基板３０の表面にスパッタリング法によりＴｉを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し、導電層６とした。次に、第１絶縁層３１として熱酸化によりＳｉＯ2を２００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとＣＦ4ガスを用いたドライエッチングにより第１開口部３２及び第２開口部３３を形成した。第１開口部３２は円形をしており、その直径は５μｍである。第２開口部３３はカンチレバー形状をしている。次に、第２絶縁層３４としてフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィの手法により第２開口部３３を覆った（図６（ａ）参照）。次に、第３基板３０の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、Ｎｉよりなる直径１０μｍの半球部９を形成した（図６（ｂ）参照）。次に、アセトンをもちいて第２絶縁層３４を除去し、第２開口部３３を露出させた。次に、再び第３基板３０の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、直径２０μｍの半球部９およびカンチレバーに対応する部分を形成した（図６（ｃ）参照）。次に、第３絶縁層３５としてフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィの手法によりカンチレバーの支持部１に対応する部分に開口部を形成した。次に、再び第３基板３０の導電層６を陰極としてＮｉメッキを行い、支持部１に対応する部分を形成した（図６（ｄ）参照）。
【００１７】
次に、第３基板３０に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するフォトポリマーからなる第３金型用樹脂３６を第１基板５上に滴下し、紫外線を照射して第３金型用樹脂３６を硬化させ（図６（ｅ）参照）、第３金型用樹脂３６を剥離して第３金型３７とした（図６（ｆ）参照）。
次に、紫外線硬化するアクリル系樹脂よりなる低屈折率樹脂３８を第２金型２０上の高屈折率樹脂２１上に塗布し、この上に離型剤を塗布した第３金型３７をアライメントして荷重を加え、余分な低屈折率樹脂３８を取り除いた後、第３金型３７上部から紫外線を照射して低屈折率樹脂３８を硬化させた（図７（ａ）参照）。尚、低屈折率樹脂３８の屈折率ｎは１．４である。次に、第３金型３７および第２金型２０から低屈折率樹脂３８を剥離してプローブ１０２を形成した（図７（ｂ）参照）。
【００１８】
図８は、本実施例によるプローブ１０２の結像を説明したものである。
レーザー光は集光レンズ２２により屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。本実施例によるプローブ１０２の開口数ＮＡは約０．５である。また、入射光の波長をλとすると、ビームスポット径は約０．８λである。本実施例により、カンチレバー２上に集光レンズ２２、ＳＩＬ３および突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。
【００１９】
［実施例２］
実施例２は本発明によるプローブ及びその製造方法に係るものであり、図９にその構成を示す。
図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は上面図である。プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。集光レンズ２２、ＳＩＬ３及び突起部４は屈折率ｎ＝１．６の高屈折率材料からなる。集光レンズ２２とＳＩＬ３の間には屈折率ｎ＝１．４の低屈折率材料からなる中間層がある。集光レンズ２２の半径は９μｍ、ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起部４の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。また、突起部の周囲には磁場を発生させるためのコイル５１を有する。また、カンチレバー２上にカンチレバー２の撓みを検出するための反射膜５２を有する。
【００２０】
図１０、図１１、図１２は本実施例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、参考例で示した図２（ａ）〜（ｆ）と同様の方法で、第１金型１４を作製した。
次に、参考例で示した図３（ａ）〜（ｄ）と同様の方法で、第２金型２０を作製した（図１０（ａ）〜（ｄ）参照）。次に、第２金型２０上に真空蒸着法によりＡｕを１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィーとドライエッチングによりパターニングし、コイル５１を形成した（図１０（ｅ）参照）。次に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１０（ｆ）参照）。次に、第１金型１４から高屈折率樹脂２１を剥離した（図１０（ｇ）参照）。
【００２１】
次に、透明なポリマーからなる基板を切削加工することにより凹レンズ状の凹部４１を有する第４金型４２を作製した（図１１（ａ）参照）。次に第４金型４２の凹部４１を有する面に離型剤を塗布し、紫外線硬化するフォトポリマーからなる第５金型用樹脂４３を滴下し、紫外線を照射して第５金型用樹脂４３を硬化させた（図１１（ｂ）参照）。次に、第４金型４２から第５金型用樹脂４３を剥離することにより凸レンズ状の凸部４４を有する第５金型４５を作製した。（図１１（ｃ）参照）。
【００２２】
次に、図１０（ｇ）に示した第２金型２０上の高屈折率樹脂２１上に紫外線硬化するアクリル系樹脂よりなる低屈折率樹脂３８を塗布し、この上に凸部４４側に離型剤を塗布した第５金型４５をアライメントして荷重を加え、余分な低屈折率樹脂３８を取り除いた後、第５金型４５上部から紫外線を照射して低屈折率樹脂３８を硬化させた（図１１（ｄ）参照）。この際、第２金型２０及び第５金型４５の間隔調整の為に厚さ１０μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、低屈折率樹脂３８の屈折率ｎは１．４である。次に、第２金型２０および低屈折率樹脂３８から第５金型４５を剥離した（図１１（ｅ）参照）。
【００２３】
次に、低屈折率樹脂３８上に再び紫外線硬化するエポキシ系樹脂よりなる高屈折率樹脂２１を塗布し、この上に凹部４１側に離型剤を塗布した第４金型４２をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第４金型４２上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１２（ａ）参照）。この際、低屈折率樹脂３８及び第４金型４２の間隔調整の為に厚さ４μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。
次に、Ａｌを１００ｎｍ成膜した後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングし、これをマスク層４６としてＯ2ガスを用いたドライエッチングにより高屈折率樹脂２１及び低屈折率樹脂３８のエッチングを行った（図１２（ｂ）参照）。次に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりマスク層４６パターニングし、反射膜５２を形成した。次に、高屈折率樹脂２１上に接着剤を用いて支持体１を接合した（図１２（ｃ）参照）。最後に、第２金型２０と高屈折率樹脂２１との界面で剥離してプローブ１０３とした（図１２（ｄ）参照）。
【００２４】
図１３は、本実施例によるプローブ１０３の結像を説明したものである。レーザー光は集光レンズ２２により屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。また、集光レンズ２２は球面収差の小さい非球面レンズである。本実施例によるプローブ１０３の開口数ＮＡは約０．７である。また、入射光の波長をλとすると、ビームスポット径は約０．６λである。本実施例においては、プローブを高屈折率材料／低屈折率材料／高屈折率材料の３層構造とすることにより、実施例１と比較して大きなＮＡを得ることができた。また、カンチレバー２上に集光レンズ２２、ＳＩＬ３および突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。また、コイル５１を有することにより、光磁気記録用プローブとして用いることが可能となった。また、反射膜５２を有することにより、カンチレバーの撓みを検知することが可能となり、原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、この手法を用いてプローブ−試料間距離の調節を容易にすることが可能となった。
【００２５】
［実施例３］
実施例３は、本発明によるプローブ及びその製造方法に係るものであり、図１４にその構成を示す。
図１４（ａ）は断面図、図１４（ｂ）は上面図である。プローブは支持体１に支持されたカンチレバー２の自由端部に、半球状の集光レンズ２２、半球状のＳＩＬ３及び突起部４を有している。集光レンズ２２、ＳＩＬ３及び突起部４は屈折率ｎ＝１．６の高屈折率材料からなり、集光レンズ２２とＳＩＬ３の間に空隙５５を有する。集光レンズ２２の半径は１０μｍ、ＳＩＬ３の半径は４μｍ、突起部４の高さは３μｍ、カンチレバー２の長さは２００μｍである。また、カンチレバー２上にカンチレバー２の撓みを検出するための反射膜５２を有する。
【００２６】
図１５、図１６、図１７は本実施例によるプローブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明する。
まず、参考例で示した図２（ａ）〜（ｆ）と同様の方法で、第１金型１４を作製した。
次に、参考例で示した図２（ａ）〜（ｄ）とほぼ同様の方法で、第２金型２０を作製した（図１５（ａ）〜（ｄ）参照）。参考例と異なる点は、第２基板１５上のマスク層１６をパターニングしてレバー用開口部１７を形成する際に、後工程で低屈折率樹脂をエッチングする際の貫通穴５４となる部分に島状部５３を形成した。
【００２７】
次に、第２金型２０上に離型剤を塗布した後、紫外線硬化するエポキシ系樹脂からなる高屈折率樹脂２１を第２金型２０上に滴下し、この上に離型剤を塗布した第１金型１４をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第１金型１４上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１５（ｅ）参照）。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。次に、第１金型１４から高屈折率樹脂２１を剥離した（図１５（ｆ）参照）。
【００２８】
次に、実施例２で示した図１１（ａ）〜（ｃ）と同様の方法で第４金型４２及び第５金型４５を作製した（図１６（ａ）〜（ｃ）参照）。次に、図１５（ｆ）に示した第２金型２０上の高屈折率樹脂２１上に紫外線硬化するアクリル系樹脂よりなる低屈折率樹脂３８を塗布し、この上に凸部４４側に離型剤を塗布した第５金型４５をアライメントして荷重を加え、余分な低屈折率樹脂３８を取り除いた後、第５金型４５上部から紫外線を照射して低屈折率樹脂３８を硬化させた（図１６（ｄ）参照）。この際、第２金型２０及び第５金型４５の間隔調整の為に厚さ８μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、低屈折率樹脂３８の屈折率ｎは１．４である。次に、第２金型２０および低屈折率樹脂３８から第５金型４５を剥離した。次に、Ａｌを１００ｎｍ成膜した後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングし、これをマスクとしてＯ２ガスを用いたドライエッチングによりカンチレバー周囲２０μｍの低屈折率樹脂３８をエッチング除去した。次に、ウェットエッチングにより上記のＡｌを除去した（図１６（ｅ）参照）。
【００２９】
次に、低屈折率樹脂３８上に再び紫外線硬化するエポキシ系樹脂よりなる高屈折率樹脂２１を塗布し、この上に凹部４１側に離型剤を塗布した第４金型４２をアライメントして荷重を加え、余分な高屈折率樹脂２１を取り除いた後、第４金型４２上部から紫外線を照射して高屈折率樹脂２１を硬化させた（図１７（ａ）参照）。この際、低屈折率樹脂３８及び第４金型４２の間隔調整の為に厚さ２μｍのスペーサー（不図示）を用いた。尚、高屈折率樹脂２１の屈折率ｎは１．６である。次に、Ａｌを１００ｎｍ成膜した後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングし、これをマスク層４６としてＯ2ガスを用いたドライエッチングにより高屈折率樹脂２１及び低屈折率樹脂３８のエッチングを行った（図１７（ｂ）参照）。次に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりマスク層４６をパターニングし、反射膜５２を形成した。次に、高屈折率樹脂２１上に接着剤を用いて支持体１を接合した（図１７（ｃ）参照）。次に、第２金型２０と高屈折率樹脂２１との界面で剥離した。最後に、貫通穴５４からアセトンを用いて低屈折率樹脂３８の一部を除去することにより空隙５５を形成し、プローブ１０４とした（図１７（ｄ）参照）。
本実施例において、エポキシ系樹脂よりなる高屈折率樹脂２１の耐薬品性を向上させるために樹脂表面にスパッタリング等により酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機物をコーティングしても良い。
【００３０】
図１８は、本実施例によるプローブ１０４の結像を説明したものである。レーザー光は集光レンズ２２により屈折して集光され、ＳＩＬ３に入射する際にさらに屈折し、突起部の先端に集光する。図におけるＳＩＬ３と突起部４との組み合わせは超半球のＳＩＬとして作用する。また、集光レンズ２２は球面収差の小さい非球面レンズである。本実施例によるプローブ１０４の開口数ＮＡは約０．９である。また、入射光の波長をλとすると、ビームスポット径は約０．４λである。本実施例においては、プローブを高屈折率材料／空隙／高屈折率材料の３層構造とすることにより、実施例１および実施例２と比較して大きなＮＡを得ることができた。また、カンチレバー２上に集光レンズ２２、ＳＩＬ３および突起部４を有するプローブの製造方法においてプロセスを簡略化し、高い形状再現性を得ることができた。また、反射膜５２を有することにより、カンチレバーの撓みを検知することが可能となり、原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、この手法を用いてプローブ−試料間距離の調節を容易にすることが可能となった。
【００３１】
［実施例４］
実施例４は、実施例３のプローブを用いた顕微鏡装置である。
図２０にその構成を示す。
まず、近接場光による試料観察機構について説明する。レーザー光源Ａ２００から出た光がハーフミラー２０２を通ってプローブ１０４の集光レンズ２２で集光されてＳＩＬ３に続く突起部４の先端部に焦点を結ぶ。ここから記録媒体２０９に染み出した近接場光が試料２０３に作用して発生する戻り光が、再びＳＩＬ３及び集光レンズ２２を通り、ハーフミラー２０２で反射され、受光素子２０４で検出される。検出された光信号は制御装置２０６で試料２０３表面の光学的情報として処理され、その結果は表示装置２０８に表示される。
次に、プローブと試料とのＺ方向位置制御機構について説明する。レーザー光源Ｂ２０１から出た光が、プローブの反射膜５２で反射され四分割センサー２０５で検出される。検出された光信号は制御装置２０６でカンチレバーの撓み信号として計算され、この結果をＸＹＺ走査機構２０７にフィードバックしてプローブと試料とのＺ方向位置を制御する。
【００３２】
本実施例においては、制御装置２０６でＸＹＺ走査機構２０７のＸＹ走査信号を発生するとともにこれに同期してカンチレバーの撓み信号及び試料の光学的情報を表示装置２０８に表示させることにより、原子間力顕微鏡と走査型光学顕微鏡との複合装置として用いることができる。
本実施例においては、集光レンズ２２とＳＩＬ３とが一体となったカンチレバー型プローブを用いることにより、装置をコンパクトにすることができ、また、集光レンズ２２とＳＩＬ３とのアライメント機構も不要とすることが可能となった。
尚、本実施例では実施例３のプローブを用いたが、実施例２に示したプローブも同様に用いることが可能である。
【００３３】
［実施例５］
実施例５は実施例２のプローブを用いた記録再生装置である。
図２１にその構成を示す。
まず、記録機構について説明する。記録信号に基づく制御装置２０６の信号によりレーザー光源Ａ２００から出た光がハーフミラー２０２を通ってプローブ１０４の集光レンズ２２で集光されてＳＩＬ３に続く突起部４の先端部に焦点を結ぶ。これにより光磁気記録媒体２０９の表面の微小領域の温度が磁気相転移温度より高くなる。同時に制御装置２０６の信号により電圧印加回路２１０から電圧が印加され、コイル５１に磁場が発生する。これにより熱せられた微小領域のみに磁化が生じ、記録が行われる。
【００３４】
次に、再生機構について説明する。レーザー光源Ａ２００から出た光がハーフミラー２０２を通ってプローブ１０４の集光レンズ２２で集光されてＳＩＬ３に続く突起部４の先端部に焦点を結び、光磁気記録媒体２０９の表面で反射された光が、再びＳＩＬ３及び集光レンズ２２を通り、ハーフミラー２０２で反射され、受光素子２０４で検出される。検出された光信号は制御装置２０６で光カー効果による偏向回転角として処理され、その結果は再生信号として出力される。
次に、プローブと試料とのＺ方向位置制御機構について説明する。レーザー光源Ｂ２０１から出た光が、プローブの反射膜５２で反射され四分割センサー２０５で検出される。検出された光信号は制御装置２０６でカンチレバーの撓み信号として計算され、この結果をＸＹＺ走査機構２０７にフィードバックしてプローブと試料とのＺ方向位置を制御する。
【００３５】
本実施例においては、制御装置２０６でＸＹＺ走査機構２０７のＸＹ走査信号を発生するとともにこれに同期してカンチレバーの撓み信号及び試料の光学的情報を表示装置２０８に表示させることにより、記録再生装置として用いることができる。
本実施例においては、集光レンズ２２とＳＩＬ３とが一体となったカンチレバー型プローブを用いることにより、装置をコンパクトにすることができ、また、集光レンズ２２とＳＩＬ３とのアライメント機構も不要とすることが可能となった。
【００３６】
尚、本実施例では実施例２のプローブを用いたが、熱や光により相変化する記録媒体を用いて、実施例３に示したプローブを用いることも可能である。例えば、熱により記録し、記録媒体表面の光反射率により再生することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によると、カンチレバー上に集光レンズ、ＳＩＬおよび突起部が形成されたプローブの構成によって、作製プロセスが容易で形状再現性が良く、安価に製造できると共に、マルチ化に有利であり、集光レンズとＳＩＬとの光学的なアライメントが不要で、装置の小型化が可能な光検出または光照射用のプローブ及びその製造方法を実現することができる。
また、本発明によると、プローブを低屈折率材料／高屈折率材料の２層構造、あるいは高屈折率材料／低屈折率材料（または空隙）／高屈折率材料の３層構造とすることにより、大きなＮＡを得ることが可能となる。
また、本発明によると、片持ち梁上に、撓み検出用の光反射膜を有する構成を採ることによって、カンチレバーの撓みを検知することが可能となり、原子間力顕微鏡用のプローブとしても用いることができるとともに、この手法を用いてプローブ−試料間距離の調節を容易にすることができる。
また、本発明によると、突起部の周囲に、磁場印加用のコイルを有する構成を採ることによって、光磁気記録用プローブとして用いることが可能となる。
また、本発明のプローブを用いることにより、顕微鏡装置や記録再生装置をコンパクトに構成することができ、またその際、集光レンズとＳＩＬとのアライメント機構も不要とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例によるプローブを示す斜視図。
【図２】 本発明の参考例によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図３】 本発明の参考例によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図４】 本発明の参考例によるプローブの使用形態を示す図。
【図５】 本発明の実施例１によるプローブを示す斜視図。
【図６】 本発明の実施例１によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図７】 本発明の実施例１によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図８】 本発明の実施例１によるプローブの使用形態を示す図。
【図９】 本発明の実施例２によるプローブを示す図。
【図１０】 本発明の実施例２によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１１】 本発明の実施例２によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１２】 本発明の実施例２によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１３】 本発明の実施例２によるプローブの使用形態を示す図。
【図１４】 本発明の実施例３によるプローブを示す図。
【図１５】 本発明の実施例３によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１６】 本発明の実施例３によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１７】 本発明の実施例３によるプローブの製造方法を示す断面図。
【図１８】 本発明の実施例３によるプローブの使用形態を示す図。
【図１９】 本発明の実施例４による顕微鏡装置を示す図。
【図２０】 本発明の実施例５による記録再生装置を示す図。
【符号の説明】
１：支持体
２：カンチレバー
３：ＳＩＬ
（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ、固浸レンズ）
４：突起部
５：第１基板
６：導電層
７：絶縁層
８：開口部
９：半球部
１０：第１接合層
１１：接合用基板
１２：第２接合層
１３：第１金型用樹脂
１４：第１金型
１５：第２基板
１６：マスク層
１７：レバー用開口部
１８：マスク層
１９：突起用開口部
２０：第２金型
２１：高屈折率樹脂
２２：集光レンズ
２３：試料
３０：第３基板
３１：第１絶緑層
３２：第１開口部
３３：第２開口部
３４：第２絶縁層
３５：第３絶縁層
３６：第３金型用樹脂
３７：第３金型
３８：低屈折率樹脂
４１：凹部
４２：第４金型
４３：第５金型用樹脂
４４：凸部
４５：第５金型
４６：マスク層
５１：コイル
５２：反射膜
５３：島状部
５４：貫通穴
５５：空隙
１０１、１０２、１０３、１０４：プローブ
２００：レーザー光源Ａ
２０１：レーザー光源Ｂ
２０２：ハーフミラー
２０３：試料
２０４：受光素子
２０５：四分割センサー
２０６：制御装置
２０７：ＸＹＺ走査機構
２０８：表示装置
２０９：光磁気記録媒体
２１０：電圧印加回路
Claims (18)
- 撓みを検出する手段を備えた片持ち梁からなる光検出または光照射用のプローブであって、
前記片持ち梁からなるプローブは、該片持ち梁の自由端部に、固浸レンズが該片持ち梁と同じ材料で一体形成された層構造と、該固浸レンズへ光を集光するための集光用レンズが該片持ち梁と同じ材料で一体形成された層構造と、
を積層した構造を有することを特徴とする光検出または光照射用のプローブ。 - 前記集光用レンズが、光透過性の樹脂材料よりなることを特徴とする請求項１に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記固浸レンズが、半球状レンズと突起部よりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記固浸レンズが、前記半球状レンズと前記突起部によって超半球レンズとして機能するように構成されてなることを特徴とする請求項３に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記片持ち梁が、前記固浸レンズを含む光透過性の樹脂材料Ａと、前記集光用レンズを含む光透過性の樹脂材料Ｂとを積層した構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記樹脂材料Ａの屈折率が、前記樹脂材料Ｂの屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記片持ち梁が、前記樹脂材料Ａと、前記樹脂材料Ｂとの間に、樹脂材料Ｃよりなる中間層が形成された構造を有することを特徴とする請求項６に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記樹脂材料Ａおよび前記樹脂材料Ｂの屈折率が、前記樹脂材料Ｃの屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記樹脂材料Ｃが、前記固浸レンズと前記集光用レンズの近傍に空隙を有することを特徴とする請求項７に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記片持ち梁上に、撓み検出用の光反射膜を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- 前記突起部の周囲に、磁場印加用のコイルを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光検出または光照射用のプローブ。
- プローブを用いた顕微鏡装置において、前記プローブが請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光検出または光照射用のプローブからなることを特徴とする顕微鏡装置。
- プローブを用いた記録再生装置において、前記プローブが請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光検出または光照射用のプローブからなることを特徴とする記録再生装置。
- 光検出または光照射用のプローブの製造方法であって、
（ａ）逆半球状の凹部を有する第１の金型を製造する工程と、
（ｂ）逆突起状の凹部を有する第２の金型を製造する工程と、
（ｃ）前記第１の金型と前記第２の金型の間に、光透過性の樹脂材料Ａを充填して硬化させ、前記第１の金型から樹脂材料Ａを剥離する工程と、
（ｄ）凹レンズ状の凹部を有する第３の金型を製造する工程と、
（ｅ）前記樹脂材料Ａを有する第２の金型と前記第３の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｂを充填して硬化させ、前記第２の金型と前記樹脂材料Ａとの間、及び、前記第３の金型と前記樹脂材料Ｂとの間で剥離を行なうことにより、片持ち梁上に樹脂材料Ｂよりなる集光用レンズ、樹脂材料Ａよりなる半球状レンズ及び突起部、を有するプローブを形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする光検出または光照射用のプローブの製造方法。 - 前記樹脂材料Ａの屈折率が、前記樹脂材料Ｂの屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載の光検出または光照射用のプローブの製造方法。
- 光検出または光照射用のプローブの製造方法であって、
（ａ）逆半球状の凹部を有する第１の金型を製造する工程と、
（ｂ）逆突起状の凹部を有する第２の金型を製造する工程と、
（ｃ）前記第１の金型と前記第２の金型の間に、光透過性の樹脂材料Ａを充填して硬化させ、前記第１の金型から樹脂材料Ａを剥離する工程と、
（ｄ）凹レンズ状の凹部を有する第４の金型を製造すると共に、該第４の金型によって凸レンズ状の凸部を有する第５の金型を製造する工程と、
（ｅ）前記樹脂材料Ａを有する第２の金型と前記第５の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｃを充填して硬化させ、前記第５の金型から前記樹脂材料Ｃを剥離する工程と、
（ｆ）前記樹脂材料Ｃおよび樹脂材料Ａを有する前記第２の金型と前記第４の金型との間に、光透過性の樹脂材料Ｂを充填して硬化させ、前記第２の金型と前記樹脂材料Ａとの間、及び、前記第４の金型と樹脂材料Ｂとの間で剥離を行なうことにより、片持ち梁上に樹脂材料Ｂよりなる集光用レンズ、樹脂材料Ｃよりなる中間層、樹脂材料Ａよりなる半球状レンズ及び突起部、を有するプローブを形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする光検出または光照射用のプローブの製造方法。 - 前記樹脂材料Ｃよりなる中間層の一部を除去し、集光レンズと半球状レンズとの間に空隙を形成する工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の光検出または光照射用のプローブの製造方法。
- 前記樹脂材料Ａおよび前記樹脂材料Ｂの屈折率が、前記樹脂材料Ｃの屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の光検出または光照射用のプローブの製造方法。
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