JP4094229B2 - 近視野光ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、微小領域での光学的な相互作用により生じる近視野光を利用し、微小領域に形成された構造的あるいは光学的な情報の再生や微小領域への情報の記録を行うことによって、高密度な情報の再生および記録を可能とした情報記録再生装置用の近視野光ヘッドに関する。
背景技術
光を用いた情報記録再生装置は、大容量化・小型化の方向へと進化しており、そのため記録ビットの高密度化が要求されている。その対策として、青紫色半導体レーザやＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）を用いた研究がおこなわれているが、これらの技術では光の回折限界の問題により、現在の記録密度の数倍程度の向上しか望めない。これに対し、光の回折限界を超えた微小領域の光学情報を扱う技術として近視野光を利用した情報記録再生方法が期待されている。
この技術では、微小領域と近視野光ヘッドに形成した光の波長以下サイズの光学的開口との相互作用により発生する近視野光を利用する。これにより、従来の光学系において限界とされていた光の波長以下となる領域における光学情報を扱うことが可能となる。光学情報の再生方法としては、メディア表面に散乱光を照射することにより微小マークに局在する多くの近視野光を微小開口との相互作用により伝搬光に変換する（コレクションモード）方法、あるいは微小開口より生成される近視野光をメディア表面に照射し、メディア表面の情報が記録された微小な凹凸との相互作用により変換される散乱光を別途設けたデテクタで検出する（イルミネーションモード）方法で可能である。記録は、微小開口より生成される近視野光をメディア表面に照射させ、メディア上の微小な領域の形状を変化させたり（ヒートモード記録）、微小な領域の屈折率あるいは透過率を変化させる（フォトンモード記録）ことにより行う。これら、光の回折限界を超えた光学的微小開口を有する近視野光ヘッドを用いることにより、従来の光情報記録再生装置を超える記録ビットの高密度化が達成される。
こうしたなか、一般に近視野光を利用した記録再生装置の構成は、磁気ディスク装置とほぼ同様であり、磁気ヘッドに代わり、近視野光ヘッドを用いる。サスペンションアームの先端に取り付けた光学的微小開口をもつ近視野光ヘッドをフライングヘッド技術により一定の高さに浮上させ、ディスク上に存在する任意のデータマークへアクセスする。ディスクの高回転に近視野光ヘッドを追従させるため、ディスクのうねりに対応して姿勢を安定させるフレクチャ機能をもたせている。
このような構成の近視野光ヘッドにおいて、開口に光を供給する方法として、光ファイバを上方より直接ヘッドに接続したり、ヘッドの上方に設けたレーザを直接ヘッドに照射する手段をとっていた。
また、近視野光ヘッドに代わり、近視野光顕微鏡に代表される光ファイバを加工し開口部が先鋭化された光ファイバプローブやカンチレバー型光プローブを用いて、走査型プローブ顕微鏡におけるプローブとメディア表面との間に生じるトンネル電流や原子間力などの相互作用によりメディアとの相対位置を保ちながら、情報の記録再生を実現していた。
また、シリコン基板に異方性エッチングにより逆ピラミッド構造の開口を形成した平面プローブの使用が提案されている。上方より光を入射し、逆錐状のピラミッド内での反射によりその頂点に存在する開口より近視野光を発生させている。このプローブは上述した先鋭化された先端をもたないため、高速記録再生に適した光ヘッドとして使用できる。
しかしながら、上方より光ファイバを接続した構造で光を入射させると、光ファイバの構造体がヘッドとアーム間に接続しており、そのことがヘッドの自由な運動を妨げ、ディスクの運動に対するヘッドの姿勢制御が困難となったり、ヘッドの構成が大型になることにより、ディスクと開口との距離を一定に保つことができなかった。この結果、ディスク上に描かれた光学情報からの出力ＳＮ比が低下し、信号の読み込み・書き込みが困難な状況であった。また、開口に到達するまでに多くの光が減衰し、開口から高速再生を行うに十分な近視野光を生成させることが困難であった。さらに、ヘッド上方へファイバが出ている構成であるため装置自体が大型になり、小型化・薄型化が困難であった。また、光ファイバのヘッドへ差し込みやその位置合わせを一本ずつおこなっており、量産性が乏しいものであった。
また、ヘッド上方に配置したレーザにより直接ヘッドに信号を照射させる場合は、ヘッドの高速な動きに対応し、入射させる光を同期させる必要があり、ヘッドの動きにあわせた動きをもつ構造体を別途設ける必要があり、非常に困難であった。また、そのような構造体を別途設けることにより、装置自体が大型なものとなり、再生記録装置の小型化が困難であった。
さらに、光ファイバを先鋭化された光ファイバプローブあるいはやはり先鋭化されたカンチレバー型光プローブを用いてメディア表面との相互作用によりメディアとの距離を一定に保つ場合は、メディアとの距離を常に制御しながら走査するため、そのフィードバック機構の装置が必要となり、記録再生装置の小型化が困難となった。さらにフィードバック系の応答速度に限界があることから高速掃引にも問題があった。また、先鋭化されたプローブの機械的強度が十分でなく、アレイ化にも適していない。また、ファイバ先端部における光損失により開口からの近視野光強度が十分な大きさではない。また、このプローブは一本一本手作業で作製しており、量産性がない。
また、平面プローブにおいても、上方より光を入射させる必要があり、上記課題と同様に装置の大型化や量産性に対する問題あるいはフレクチャ機能の低下といった問題が発生する。
さらに、上記したプローブの開口は、近視野光を生成するために、または近視野光を散乱させるために、伝搬光（レーザ光等）の波長以下のサイズに形成する必要があるが、このようなサイズ（１０ナノメートル〜２００ナノメートル）の開口を、目的とする形状および大きさに正確に再現性高く作製することは困難であった。
例えば、上記した平面プローブにおいて、シリコン基板に近視野光の生成または散乱に適した微小な開口を作製するのに、通常、エッチング処理を施すが、シリコン基板の品質やエッチング溶液の濃度むらが問題となることがある。
前者のシリコン基板の品質については、異方性エッチングによるテーパ部の形成によりシリコン基板を貫通させた穴を開口とする方法や、テーパ部の形成されたシリコン基板の裏面から等方性エッチング（バックエッチング）によって開口を出現させる方法などは、シリコンの周期的な結晶面の存在を前提としており、結晶欠陥や不純物が含まれた部分において、意図した方向や速度でのエッチングがおこなわれずに、最終的に得られる開口部の形状やサイズに狂いが生じることである。
また、後者のエッチング溶液の濃度むらの問題とは、エッチング溶液には多少なりとも濃度にむらが存在しており、このむらによって、シリコン基板上において、エッチングが速く進む部分と遅く進む部分、すなわちエッチング速度の異なる領域が現れ、最終的に得られる開口部の形状やサイズに狂いが生じることである。このような問題は、特にシリコンウェハ上に多数の平面プローブを形成しようとする場合には、無視できず、歩留まりの低下を招く原因となっていた。
従って本発明は、近視野光を生成する微小な開口を有する近視野光ヘッドにおいて、開口より十分大きな近視野光が生成でき、高分解能の再生記録が得られ、かつコンパクトな構成で量産性および２次元に配列したアレイ化にも優れ、フレクチャの機能を障害することなくメディアに追従した動きにより安定した記録再生が行え、高速記録再生および装置の小型化・薄型化が可能となる近視野光ヘッドを提供することを目的とする。
発明の開示
上記の目的を達成するために、本発明に係る近視野光ヘッドにおいては、逆錐状の穴がその頂点を微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、前記平面基板の、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に形成された光導波路と、前記光導波路に形成され、光路を曲げる光反射膜と、を備えたことを特徴としている。
従って、光反射層による一回の光の反射により微小開口近辺に光を集光することができ、開口より生成される近視野光の強度の増加が図れるとともに、機械的な強度の大きい、コンパクトな構成でかつ、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドにおいては、前記光導波路は、前記逆錐状の穴の内側にも形成されたことを特徴としている。
従って、光導波路を微小開口近くに配置することが可能となり、微小開口部に照射する光エネルギー密度が大きく、開口より生成される近視野光の強度の増加が図れるとともに、機械的な強度の大きい、コンパクトな構成でかつ、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドにおいては、前記逆錐状の穴が、斜度の異なる複数の斜面により形成されたことを特徴とし、さらに、前記複数の斜面において、前記複数の斜面の平均の斜度より小さい斜度をもつ斜面が前記微小開口近傍にあることを特徴としている。
従って、微小開口近辺で緩やかな斜面を有する構造にすることで、開口近辺での光伝搬のロスを減少することができ、開口より生成される近視野光の強度の増加が図れるとともに、機械的な強度の大きい、コンパクトな構成でかつ、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。
また、前記複数の斜面において、少なくとも１つの斜面が、前記平面基板の前記微小開口が形成された面となす角が、５５度より小さいことを特徴とすることによっても、開口近辺での光伝搬のロスを減少することができ、開口より生成される近視野光の強度の増加が図れる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドにおいては、前記逆錐状の穴が、少なくとも１つの曲面状の斜面を有することを特徴としている。あるいは、前記曲面状の斜面の少なくとも１つは、前記微小開口近傍において、開口に近づくに従って斜度が小さくなることを特徴としている。
従って、微小開口近辺で緩やかな斜面を有する構造にすることで、開口近辺での光伝搬のロスを減少することができ、開口より生成される近視野光の強度の増加が図れるとともに、機械的な強度の大きい、コンパクトな構成でかつ、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドにおいては、前記光反射層、あるいは前記光導波路は、前記微小開口への集光機能あるいは前記微小開口からの光（近視野光の検出時において散乱された光）のコリメート機能を有していることを特徴としている。
従って、光反射層あるいは光導波路に構成した集光機能の効果により微小開口部に光を集光することができ、開口より生成される近視野光の強度の増加が図れるとともに、機械的な強度の大きい、コンパクトな構成でかつ、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。
また、光反射層あるいは光導波路に構成した光のコリメート機能の効果により微小開口から検出した光を効率よく伝搬することができる近視野光ヘッドを提供できる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドにおいては、前記光導波路が、クラッドとコアとの組み合わせによって構成されていることを特徴としている。
従って、光導波路を、屈折率の異なるコア、クラッドの構成とすることで、光の伝搬効率のよい近視野光ヘッドを提供できる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドにおいては、前記平面基板は、前記微小開口を複数有し、前記光導波路および前記光反射層は、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に形成され、一つの光源より発した光を、前記複数の微小開口の方向に導くように形成されたことを特徴としている。
従って、本発明に係る近視野光ヘッドを光メモリヘッドとして使用する場合に、プローブの高速な掃引を行なわずに、高速な情報の記録かつ再生を可能とし、かつメディアに十分な光量を供給でき、コンパクトな構成で量産性に優れた光プローブを提供できる。さらに、開口より多くの近視野光を生成でき、ＳＮ比の高い信号の入出力が可能となり、信頼性の高い装置が作製できる。
次に、本発明に係る近視野光ヘッドの製造方法では、逆錐状の穴がその頂点を微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、前記平面基板の、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に形成された光導波路と、前記光導波路に形成され、光路を曲げる光反射層と、を備えた近視野光ヘッドを製造するにあたり、前記光導波路は、前記平面基板上に積層されて形成されることを特徴としている。また、前記光導波路は、前記平面基板上に接合されて形成されることを特徴としている。
また、本発明に係る近視野光ヘッドの製造方法では、平面基板に、頂点を微小開口とするように貫通した逆錐状の穴を形成する工程と、光導波路を、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に積層形成する工程と、光反射層を、光路を曲げるように前記光導波路に形成する工程と、を含むことを特徴としている。
あるいは、光導波路を、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に積層形成する工程に代わり、光導波路を、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に接合して形成する工程にて行うことを特徴としている。
従って、このような製造方法では、フォトリソグラフィ技術を用いた半導体製造プロセスにて作製でき、コンパクトな構成で、良好な再現性を有し、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。また、同一基板上に複数の開口を形成するアレイ化した近視野光ヘッドおよび近視野光ヘッドアレイを提供できる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドの製造方法では、平面基板に、頂点を第１の微小開口として貫通した逆錐状の穴を形成する工程と、前記逆錐状の穴のテーパ部上に光反射層を形成し、当該光反射層の厚みによって規定される大きさでかつ前記第１の微小開口よりも小さい第２の微小開口を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
従って、シリコン基板等の平面基板に比較的大きな微小開口（第１の微小開口）を形成することで、エッチング処理等による微小開口のばらつきを低減させ、またばらついた微小開口に対しても、逆錐状の穴のテーパ部上に比較的制御の容易な成膜処理を行なうことで、実際に有効となる微小開口（第２の微小開口）の大きさを規定するので、歩留まり良く平面プローブを得ることができる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドの製造方法では、平面基板に、頂点を第１の微小開口として貫通した逆錐状の穴を形成する工程と、前記逆錐状の穴のテーパ部上に部分的に異なる厚みの光反射層を形成し、当該光反射層の厚みによって規定される形状でかつ前記第１の微小開口の形状と異なる形状の第２の微小開口を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
従って、シリコン基板等の平面基板に比較的大きな微小開口（第１の微小開口）を形成することで、エッチング処理等による微小開口のばらつきを低減させ、またばらついた微小開口に対しても、逆錐状の穴のテーパ部上に部分的に厚みの異なる成膜処理を行なうことで、実際に有効となる微小開口（第２の微小開口）の形状を規定するので、歩留まり良く平面プローブを得ることができる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドの製造方法では、平面基板に、頂点を第１の微小開口として貫通した逆錐状の穴を形成する工程と、前記平面基板において前記第１の微小開口を含む面上に光反射膜を形成し、当該光反射膜の厚みによって規定される大きさでかつ前記第１の微小開口よりも小さい第２の微小開口を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
従って、シリコン基板等の平面基板に比較的大きな微小開口（第１の微小開口）を形成することで、エッチング処理等による微小開口のばらつきを低減させ、またばらついた微小開口に対しても、平面基板の裏面上（前記第１の微小開口を含む面上）に比較的制御の容易な成膜処理を行なうことで、実際に有効となる微小開口（第２の微小開口）の大きさを規定するので、歩留まり良く平面プローブを得ることができる。
また、本発明に係る近視野光ヘッドの製造方法では、平面基板に、頂点を第１の微小開口として貫通した逆錐状の穴を形成する工程と、前記逆錐状の穴のテーパ部を含む前記平面基板の面上に酸化膜を形成し、当該酸化膜の厚みによって規定される大きさでかつ前記第１の微小開口よりも小さい第２の微小開口を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
また、平面基板に、頂点を第１の微小開口とするように貫通した逆錐状の穴を形成する工程と、前記逆錐状の穴のテーパ部を含む前記平面基板の面にイオン注入を行ない、当該イオン注入によって膨張した厚みによって規定される大きさでかつ前記第１の微小開口よりも小さい第２の微小開口を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
従って、シリコン基板等の平面基板に目的とする大きさや形状よりも大きな微小開口（第１の微小開口）を形成し、この微小開口のテーパ部を含めた表面を熱酸化またはイオン注入することによって膨張した部分が、実際に近視野光を生成するための微小開口（第２の微小開口）の大きさおよび形状を規定しているので、エッチング処理等によりシリコン基板に開口を微小に形成する際のばらつきの問題を、比較的制御の容易な熱酸化またはイオン注入処理によって解消することができ、歩留まり良く平面プローブを得ることができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、逆錐状の穴がその頂点を微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、前記平面基板の、前記微小開口が形成された面と反対側の面上、および前記逆錐状の穴の内側に積層形成された光導波路と、前記光導波路の一部により形成され、前記平面基板の微小開口から突出し、先鋭化された微小な突起部とを備えている。
また、前記突起部を除き、前記光導波路の周囲には、光を反射する光反射層を形成している。
従って、光導波路の構造により近視野光を発生する突起部に多くの光を供給できるとともに、光反射層による光の反射により光導波路の先端（突起部）方向に多くの光を供給することができ、先端部に形成された微小な突起部より発生する近視野光の強度の増加が図れるとともに、機械的な強度の大きい、コンパクトな構成でかつ、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記微小な突起部は、四角錐状の形状をしていることを特徴としている。
従って、突起部において、光導波路の幅が光の波長より小さい寸法の領域が狭くなり、突起部より生成される近視野光の強度の増加が図れるとともに、先鋭化された突起部の先端の曲率半径に相当する高い分解能の観察が行える。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記逆錐状の穴が、斜度の異なる複数の斜面により形成されたことを特徴としている。
従って、光導波路が緩やかな湾曲形状を有する構造にすることで、総じて湾曲部での光伝搬のロスを減少することができ、突起部より生成される近視野光の強度の増加が図れる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記光導波路が、クラッドとコアとの組み合わせによって構成されていることを特徴としている。
従って、光導波路を、屈折率の異なるコア、クラッドの構成とすることで、光の伝搬効率のよい近視野光ヘッドを提供できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記平面基板は、前記微小な突起部を複数有し、前記光導波路および前記光反射層は、少なくとも一つの光源より発した光を、前記複数の微小な突起の方向に導くように形成されたことを特徴としている。
従って、光導波路および光反射層を有する構造により、光導路波路の先端部に位置する微小な突起部に光を効率よく伝搬することができ、且つ突起部での光導波路の幅が光の波長より小さい寸法の領域を狭くする構造とすることで、突起部より生成される近視野光の強度の増加が図れるとともに、先鋭化された突起部の先端の曲率半径に相当する高い分解能の観察が可能な近視野光ヘッドを提供できる。また、機械的な強度の大きい、コンパクトな構成でかつ、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。このようなプローブを２次元的に走査することによって、高分解能の近視野光学像を全体として高速に処理することことが可能となる。また、アレイ化することでプローブの高速な掃引を必要としなで情報の高速な記録かつ再生を可能とした光プローブを提供できる。
次に、本発明に係わる近視野光ヘッドの製造方法では、平面基板に、逆錐状の穴を形成する工程と、光導波路を、前記逆錐状の穴の内側を含む前記平面基板上に積層形成する工程と、前記平面基板の前記逆錐状の穴と反対側の面上に、光の検出あるいは照射を行う微小な突起を形成する工程と、光反射層を、光路を曲げるように前記光導波路に形成する工程とを含むことを特徴としている。
また、逆錐状の穴がその頂点を微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、前記平面基板の、前記微小開口が形成された面と反対側の面上、および前記逆錐状の穴の内側に積層形成された光導波路と、前記光導波路の一部により形成され、前記平面基板の微小開口から突出し、先鋭化された微小な突起部とを備えたことを特徴とする近視野光ヘッドを製造するにあたり、前記光導波路および前記光反射層は、前記平面基板に積層されて形成されることを特徴とすることを特徴としている。
従って、このような製造方法では、フォトリソグラフィ技術を用いた半導体製造プロセスにて作製でき、コンパクトな構成で、良好な再現性を有し、量産性に優れた近視野光ヘッドを提供できる。また、同一基板上に複数の開口を形成するアレイ化した近視野光ヘッドを提供できる。
さらに上記の目的を達成するために、近視野光を利用して記録媒体の情報の記録及び／または再生を行う近視野光ヘッドにおいて、少なくとも１つの逆錐状の穴がその頂部を微小開口とするように貫通して形成された第１のクラッドと、逆錐状の穴の側面に沿って深さ方向に形成されたコアと、コアを第１のクラッドと挟むように形成された第２のクラッドとからなる光導波路と、光導波路の一端面に形成された第１の反射膜とを備えることを特徴とする。
また、コアの入射端面に入射された光は、コア内部を伝搬した後、第１の反射膜により微小開口へ向けて反射される。そして、反射された光は、逆錐状の穴に形成されたコアを伝搬した後、微小開口から出射され、該微小開口近傍には、近視野光が生成される。このように、従来の光ファイバに代えて、光導波路を用いた構成としているので、小型・軽量化を図ることができる。
また、第１のクラッドの裏面に形成され、かつ微小開口に対応する位置に微小径穴を有する第２の反射膜を備えることを特徴とする。
従って、第２の反射膜を形成したことにより、コアの漏洩光が光導波路の外部に漏洩することがないため、記録媒体の記録面における光照射範囲が効果的に狭められる。
また、光導波路の一端面は、曲面とされていることを特徴とする。
従って、光導波路の一端面が曲面とされているため、第１の反射膜が凹面鏡として作用し、コアを伝搬してきたレーザ光が該第１の反射膜により集光されて微小開口方向へ反射される。
また、近視野光を利用して記録媒体の情報の記録及び／または再生を行う近視野光ヘッドにおいて、少なくとも１つの逆錐状の穴がその頂部を微小開口とするように貫通して形成されたクラッドと、穴の側面に沿って深さ方向に形成されたコアとからなる光導波路と、光導波路の一端面に形成された反射膜と、コアに接合され、かつその屈折率がコアの屈折率と異なる基板とを備えることを特徴とする。
従って、基板は、コアに接合され、かつその屈折率がコアの屈折率と異なるため、光導波路のクラッドとして作用する。
また、近視野光を利用して記録媒体の情報の記録及び／または再生を行う近視野光ヘッドの製造方法において、基板に第１のクラッドを形成する第１の工程と、第１のクラッドに、少なくとも１つの逆錐状の穴を、その頂部を微小開口とするように形成する第２の工程と、第１のクラッドに沿い、かつ逆錐状の穴の側面に沿って深さ方向にコアを形成する第３の工程と、コアを前記第１のクラッドと挟むようにして第２のクラッドを形成する第４の工程と、第１のクラッド、コアおよび第２のクラッドからなる光導波路の一端面に反射膜を形成する第５の工程と、基板を除去する第６の工程とを備えることを特徴とする。
従って、第１の工程では、基板に第１のクラッドが形成され、第２の工程では、第１のクラッドに、逆錐状の穴がその頂部を微小開口とするように形成され、第３の工程では、第１のクラッドに沿い、かつ逆錐状の穴の側面に沿って深さ方向にコアが形成される。さらに第４の工程では、コアを第１のクラッドと挟むようにして第２のクラッドが形成され、第５の工程では、光導波路の一端面に反射膜が形成され、最後の第６の工程では、基板が除去されることにより、光導波路を有する近視野光ヘッドが製造される。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、記録媒体に向かって先鋭化した光伝搬体からなるテーパ部の頂点に形成した微小開口と、前記記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部と、前記光導入部を伝搬した光を前記微小開口方向に反射する光反射層とを備えたことを特徴としている。
従って、上方より近視野光ヘッドに光を入射させる場合に装置構成が大型化する問題に対し、記録媒体に対し平行方向から近視野光ヘッドに光を導入させることにより、装置全体の小型化、薄型化が可能となるとともに、高速運動する記録媒体のうねりに追従し、常に記録媒体に対して一定の相対位置を保つことが可能であるため、記録媒体に対し常に安定した近視野光の供給が可能となり、信頼性の高い近視野光ヘッドが作製できる。
さらに、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記テーパ部の少なくとも一部が頂点の広がり角の異なる複数のテーパの組み合わせにより構成されていることを特徴としている。特に、前記複数のテーパにおいて、前記複数のテーパの平均の広がり角より大きい広がり角をもつテーパが前記微小開口近傍にあることを特徴としている。あるいは、前記テーパ部の少なくとも一部が曲面状のテーパを有することを特徴としている。特に、前記曲面状のテーパの少なくとも一つは、前記微小開口近傍において、開口に近づくに従って広がり角が大きくなることを特徴としている。
従って、光伝搬体の幅が波長以下となる領域において光強度の減衰が激しくなるが、この領域が狭い構造を得ることにより、微小開口より多くの近視野光を生成することが可能となり、この結果、記録媒体の情報の記録および再生においてＳＮ比の高い信号を扱うことから信頼性の高い近視野光ヘッドを供給できる。また、レーザ光源での光量が少ない場合でも、近視野光への変換効率が高いことから、記録媒体に必要とされる近視野光の供給が可能となる。よって、レーザ光源での電力が節約でき、低消費電力および低電圧駆動可能な情報再生記録装置の供給が可能となる。
あるいは、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記テーパ部が頂点を通る中心軸に対し、非対称な形状であることを特徴としている。
従って、その特徴的な形状の影響による近視野光の分布を記録媒体に照射することで、効果的に照射範囲を決定でき、目的にあわせた情報の記録および再生が可能となる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記光伝搬体の少なくとも一部が誘電体であることを特徴としている。
従って、開口までの光伝搬媒体の屈折率が空気の場合より大きいため、伝搬する光から開口を見た場合、見かけ上の開口サイズが屈折率倍となり、伝搬させる波長が同一である場合、開口での透過率が向上する。あるいはその誘電体に屈折率分布や曲面形を形成することでレンズとして機能し、その焦点を開口に合わせることにより、さらに大きな近視野光の生成が可能となる。
あるいは、前記光伝搬体の少なくとも一部が空気であることを特徴としている。エッチングにて穴を空けることにより開口作製が可能であるため、工程の簡略化が可能となり、低コストで作製できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記テーパ部の少なくとも一部が金属で覆われていることを特徴としている。
従って、テーパ部の金属による光の反射により開口へ伝搬する光量が増し、多くの近視野光を生成できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記テーパ部の少なくとも一部が誘電体で覆われていることを特徴としている。あるいは、前記テーパ部の少なくとも一部が前記光伝搬体を構成する誘電体の屈折率より小さい屈折率をもつ誘電体で覆われていることを特徴としている。
従って、テーパ部での屈折率差による全反射により開口へ伝搬する光量が増し、多くの近視野光を生成できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記微小開口より突出した突起部を備えたことを特徴としている。さらに、突起部の少なくとも一部が誘電体であることを特徴としている。
従って、突起の形状による特徴的な近視野光の空間分布が生じ、これを利用して効果的に照射範囲を決定できる。
また、前記突起部の少なくとも一部が金属で覆われていることを特徴としている。
従って、記録媒体表面に生じた近視野光を突起形状に依存した範囲にわたって散乱でき、効果的に散乱範囲を決定できる。
また、前記突起部が錐体形状をしていることをを特徴としている。
従って、先鋭化した先端部の周りに生じた近視野光により、高分解能な情報の記録および再生が可能となる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記記録媒体側から受ける浮上力と記録媒体方向にかかる負荷加重により記録媒体との相対位置を一定に保つことを特徴としている。さらに、前記浮上力が、前記記録媒体の高速運動により発生する空気圧であることを特徴としている。あるいは、前記浮上力が、前記記録媒体表面に一定の厚みで塗布された液体の圧力によるものであることを特徴としている。
また、前記記録媒体との間に生ずる電気的相互作用を制御することにより前記記録媒体との相対位置を一定に保つことを特徴としている。あるいは、前記記録媒体との間に生ずる原子間力相互作用を制御することにより前記記録媒体との相対位置を一定に保つことを特徴としている。
従って、記録媒体を高速に再生させながら、記録媒体との間隔を一定にかつその距離を十分近接した状態に保てることから、微小ビットの高速処理が達成できる。さらに装置構成の小型化も実現する。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記記録媒体に対向する面にスライダ構造を有することを特徴としている。
従って、近視野光ヘッドの安定した浮上が得られ、記録媒体表面において常に一定の近視野光の供給が可能となることから、誤り率の低く信頼性の高い情報記録再生装置を作製できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記微小開口がスライダ面に形成されていることを特徴としている。さなに、前記記録媒体と前記微小開口との間隔が、前記記録媒体と前記スライダ面との間隔とほぼ同一であることを特徴としている。また、前記テーパ部と前記スライダ構造が近接して設けられていることを特徴としている。あるいは、前記スライダ構造が前記テーパ部の周囲１８０度を囲むように配置されていることを特徴としている。
従って、微小開口とメディアとの距離を近接させながら、記録媒体との接触による損傷を低減できる構造であるため、壊れにくく丈夫で、しかも信頼性の高く、また、信号ＳＮ比の大きな近視野光ヘッドが作製できる。
また、前記スライダ構造の少なくとも一部が誘電体であることを特徴としている。あるいは、前記スライダ構造の少なくとも一部が金属であることを特徴としている。
従って、スライダの表面を滑らかで凹凸がほとんどないような状態に加工でき、メディアへの接触を少なくし、近接できる。また、シリコンプロセスに採用でき、量産性が向上する。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記光反射層の少なくとも一部が金属であることを特徴としている。さらに、前記光反射層が、前記微小開口方向へ反射する光を集光する集光機能を有することを特徴としている。また、前記光反射層の光を反射する面が凹曲面であることを特徴としている。あるいは、前記光反射層の光を反射する面にグレーティング構造を有することを特徴とする請求項６１に記載の近視野光ヘッド。
従って、記録媒体の平行方向より伝搬してきた光を開口方向へ反射でき、上方より照射することにより、テーパの反射による効果により開口より多くの近視野光を生成できる。また、集光機能を備えることにより、さらに開口へ集まる光が多くなり、より多くの近視野光の生成が可能となる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記光反射層は、前記光導入部の一部を加工し、その加工した面上に積層することにより形成することを特徴としている。
従って、シリコン等を用いた微細加工プロセスにおいて作製可能な工程であることから量産に適した構造であり、低価格で作製できる。また、ファイバあるいは光導波路自体を加工することから、屈折率変化による損失等の伝搬ロスが少なく、開口への光供給量が向上する。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記光反射層は、化学エッチングを施すことにより面方位によって決定される一定角に形成される斜面上に、積層することにより形成されることを特徴としている。さらに、前記面方位により決定される一定角を有する斜面が（１００）面単結晶シリコンに形成される（１１１）面であることを特徴としている。あるいは、前記光反射層による光の反射方向が、光導入部での伝搬方向に対し、略７０度の方向であることを特徴としている。
従って、微細プロセスによる作製により一定の角度が得られ、開口へは常に一定の光量の供給が可能となる。また、光導入部を伝搬してきた光は、一回の反射で開口に到達するため、２回３回反射して開口に到達する場合に比べ、反射による光量の減衰を低減できる。また、シリコンプロセスに適応でき、小型化・量産性に優れた近視野光ヘッドが作製できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記光導入部の少なくとも一部が誘電体であることを特徴としている。あるいは、前記光導入部の少なくとも一部が空気であることを特徴としている。
従って、伝搬中での損失が極めて少なく、レーザ光源からの光を十分に光反射層に供給できる。
さらに、前記光導入部の少なくとも一部が光ファイバであることを特徴としている。また、前記光導入部の少なくとも一部が相対的に屈折率の高いコアと相対的に屈折率の低いクラッドの組み合わせを含むことを特徴としている。
従って、レーザ光源からの光を散乱させることなく、微小な領域に納めたまま、減衰させずに確実に光反射層に供給できる。また、任意の照射スポットを設定でき、確実に開口に光を供給することができる。
さらに、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記光導入部の少なくとも一部に前記微小開口へ伝搬する光を集光する集光機能を有することを特徴としている。あるいは、前記光導入部の光伝搬方向に垂直な面の少なくとも一部が凸面形であることを特徴としている。また、前記光導入部の少なくとも一部にグレーティング構造を有することを特徴としている。また、前記光導入部の少なくとも一部に段階的に屈折率が異なる屈折率勾配を有することを特徴としている。
従って、開口に微小スポットがあたるようにこれら集光機能の設定を施すことにより、開口から多くの近視野光を生成することができ、信号ＳＮ比の大きな近視野光ヘッドが形成される。
さらに、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記テーパ部内の少なくとも一部に、前記微小開口に光を集光する集光機能を有する集光機能体を設けたことを特徴としている。あるいは、前記光反射層と前記テーパ部との光路間の少なくとも一部に、前記微小開口に光を集光する集光機能を有する集光機能体を設けたことを特徴としている。また、前記光反射層の少なくとも一部に、前記微小開口に光を集光する集光機能を有する集光機能体を設けたことを特徴としている。また、前記光導入部の少なくとも一部に、前記微小開口に光を集光する集光機能を有する集光機能体を設けたことを特徴としている。
従って、近視野光ヘッドの上方から開口に向かって光を照射した場合に、ヘッドの微小な動きにより焦点位置が開口からずれ記録再生信号が大きく変動した問題に対し、近視野光ヘッド内に集光機能を設け、開口に集光するよう設定することにより、ヘッドの動きに関係なく常に開口に焦点を合わせた状態で記録再生でき、十分多いな近視野光を常に発生できることからＳＮ比が大きく信頼性の高い情報記録再生装置を作製できる。
さらに、前記集光機能体の少なくとも一部が誘電体であることを特徴としている。また、前記集光機能体の、光伝搬方向に垂直な面の少なくとも一部が凸面形であることを特徴としている。さらに、前記集光機能体が球形であることを特徴としている。また、前記集光機能体の少なくとも一部が段階的に屈折率が異なる屈折率勾配を有することを特徴としている。また、前記集光機能体の少なくとも一部がグレーティング構造を有することを特徴としている。
従って、これらレンズの効果により開口より十分大きな近視野光の生成が可能となり、ＳＮ比が大きく信頼性の高い情報記録再生装置を作製できる。また、レーザ光源の光量を減少させた場合でも、開口より大きな近視野光が生成でき、低消費電力あるいは低電圧駆動の情報記録再生装置を作製できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記微小開口と前記光反射層とが近接して設けられていることを特徴としている。あるいは前記微小開口と前記光反射層との距離が２０μｍ以下であることを特徴としている。
従って、光反射層で反射され開口方面へ伝搬していく光が発散光の場合でも、開口を光反射層の近傍に設けることにより、開口に照射される光のスポットサイズは、反射面でのスポットサイズ程度の大きさであり、エネルギー密度の高い光が開口に照射されることになる。よって、開口より大きな近視野光を生成でき、信頼性の高い近視野光ヘッドが形成できる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記記録媒体に対向する面に前記微小開口を有する開口基板を備えたことを特徴としている。この開口基板に対し、前記光反射層が、前記開口基板の前記微小開口が形成された反対面上に積層され形成されていることを特徴としている。あるいは、前記光反射層が、前記開口基板の前記微小開口が形成された反対面上に接合され形成されていることを特徴としている。また、前記光反射層が、前記開口基板の前記微小開口が形成された面内に積層され形成されていることを特徴としている。あるいは、前記光導入部が、前記開口基板の前記微小開口が形成された反対面上に積層され形成されていることを特徴としている。また、前記光導入部が、前記開口基板の前記微小開口が形成された反対面上に接合され形成されていることを特徴としている。あるいは、前記光導入部が、前記開口基板の前記微小開口が形成された面内に積層され形成されていることを特徴としている。また、前記集光機能体が、前記開口基板の前記微小開口が形成された反対面上に積層され形成されていることを特徴としている。あるいは、前記集光機能体が、前記開口基板の前記微小開口が形成された反対面上に接合され形成されていることを特徴としている。
従って、基板の上面に積層あるいは接合させてそれぞれの機能を設けたデバイスを形成する場合、シリコンプロセス等の微細加工を用いて作製でき、近視野光ヘッドの小型化さらには情報記録再生装置自体の小型化が可能となる。さらに、近視野光ヘッドの小型化は、記録媒体へのよりいっそうの近接が可能となり、近接した微小開口を利用した微小ビットの読み出し、書き込むが可能となり、高密度情報記録再生装置の作製が可能となる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドの製造方法においては、記録媒体に向かって先鋭化した光伝搬体からなるテーパ部の頂点に形成した微小開口と、記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部と、光導入部を伝搬した光を微小開口方向に反射する光反射層と、光反射層とテーパ部との光路間もしくはテーパ内に設け、光伝搬方向に垂直な面の少なくとも一部が凸面形である集光機能体あるいは段階的に屈折率が異なる屈折率勾配を有する集光機能体とを備えた近視野光ヘッドを製造するにあたり、
前記集光機能体は、化学的エッチングによりその表面を加工することにより形成されることを特徴としている。
あるいは、前記集光機能体は、その表面の一部からイオン交換を施すことにより形成されることを特徴としている。
あるいは、前記集光機能体は、その表面の一部からイオン交換を施すことにより形成されることを特徴としている。
あるいは、前記集光機能体は、表面張力により曲面をした液体をＵＶ照射により硬化させることにより形成されることを特徴としている。
あるいは、前記集光機能体は、表面張力により曲面をした液体を熱硬化させることにより形成されることを特徴としている。
また、記録媒体に向かって先鋭化した光伝搬体からなるテーパ部の頂点に形成した微小開口と、記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部と、光導入部を伝搬した光を微小開口方向に反射する光反射層と、前記テーパ部を覆った金属を備えた近視野光ヘッドを製造するにあたり、
前記テーパ部は、化学反応を用いた表面加工を行うより形成されることを特徴としている。
あるいは、前記微小開口は、金属より堅い材料で前記テーパ部頂点付近の前記金属を塑性変形させることにより形成されることを特徴としている。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドの製造方法においては、記録媒体に対向する面に記録媒体に向かって先鋭化した誘電体からなるテーパ部を形成する工程と、テーパ部の周囲に金属膜を積層する工程と、テーパ部頂点の金属膜を加工することにより、微小開口を形成する工程と、微小開口を形成した反対面上を凸面形に加工する工程あるいは微小開口を形成した反対面上にイオン交換することにより凸面形を形成する工程あるいは微小開口を形成した反対面上に液体を吹き付けＵＶ硬化することにより凸面形を形成する工程あるいは微小開口を形成した反対面上にイオン交換することにより屈折率の異なる屈折率勾配を形成する工程と、記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部、および光導入部を伝搬した光を微小開口方向に反射する光反射層を、凸面系に加工した面上あるいは屈折率勾配を形成した面上に接合する工程と、を含むことを特徴としている。
また、記録媒体に対向する面に記録媒体に向かって先鋭化した誘電体からなるテーパ部を形成する工程と、テーパ部の周囲に金属膜を積層する工程と、テーパ部頂点の金属膜を加工することにより、微小開口を形成する工程と、微小開口を形成した反対面上に球形レンズを接合する工程と、記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部、および光導入部を伝搬した光を微小開口方向に反射する光反射層を、球形レンズ面上に接合する工程と、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドの製造方法においては、記録媒体に対向する面に記録媒体に向かって先鋭化した空気からなるテーパ部ならびにその頂点に第１の微小開口を形成する工程と、テーパ部の周囲に金属膜を積層し、第２の微小開口を形成工程と、第２の微小開口を形成した反対面上に光伝搬方向に垂直な面の一部が凸面形をした誘電体をあるいは屈折率が異なる屈折率勾配を有する誘電体をあるいは球形レンズを接合する工程と、記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部、および光導入部を伝搬した光を微小開口方向に反射する光反射層を、誘電体の面上に接合する工程と、を含むことを特徴としている。
また、記録媒体に対向する面に記録媒体に向かって先鋭化した空気からなるテーパ部ならびにその頂点に第１の微小開口を形成する工程と、テーパ部の周囲に金属膜を積層し、第２の微小開口を形成工程と、第２の微小開口を形成した反対面上に液体を吹き付けＵＶ硬化することにより凸面形を形成する工程と、記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部、および光導入部を伝搬した光を微小開口方向に反射する光反射層を、凸面形を形成した面上に接合する工程と、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドの製造方法においては、記録媒体に向かって先鋭化した光伝搬体からなるテーパ部の頂点に形成した微小開口と、記録媒体に対し略水平方向に光を伝搬させる光導入部と、光導入部を伝搬した光を微小開口方向に反射する光反射層と、記録媒体に対向する面に微小開口を有する開口基板とを備えた近視野光ヘッドを製造するにあたり、前記微小開口および前記光導入部および前記光反射層は、前記開口基板の前記記録媒体に対向する面に積層した材料を加工することにより形成されることを特徴としている。
また、化学反応を用いることにより、面方位で規定される一定の角度を有する斜面を記録媒体に対向する面に形成する工程と、斜面上に金属を積層することにより光反射層を形成する工程と、光反射層上面に誘電体を積層することにより光導入部を形成する工程と、積層した誘電体を平坦化する工程と、化学反応を用いて、誘電体の一部を記録媒体に向かって先鋭化したテーパ状に加工する工程と、テーパの上面に金属膜を積層する工程と、テーパ部頂点の金属膜を加工することにより微小開口を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
従って、このような製造方法の採用は、シリコンプロセスといった微細加工プロセスに対応できることにより、近視野光ヘッドの小型化およびコンパクトな構成が実現する。また、安定した作製工程であるため精度の高い集光機能体が作製でき、信頼性の高く良好な再現性を有する近視野光ヘッドが形成できる。また、バッチ処理可能であり、量産対応できることにより低コストで近視野光ヘッドの作製ができる。また、このような製造方法を用いることにより、記録媒体に近接させながら、その高速な動きに対応し、常に記録媒体との距離を一定に保ち、かつ常に安定して微小開口より多くの近視野光の生成ができることにより、高速で微小ビットの情報の再生あるいは記録を高いＳＮ比でかつ高速で処理できる近視野光ヘッドの供給が可能となる。
また、本発明に係わる近視野光ヘッドにおいては、前記微小開口を複数有し、前記光導入部および前記光反射層は、少なくとも一つの光源から発した光を、前記複数の微小開口の方向に導くように形成されたことを特徴としている。
従って、近視野光ヘッドを２次元的に走査し、複数の微小開口で記録媒体上の複数の微小ビットの情報を同時に処理することにより、記録媒体の回転速度を高速にしなくても全体的に高速に処理することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明に係わる近視野光ヘッドの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１に係る光記憶再生装置の一例の概略図を示す。高速に回転するディスク１０１（メディア）上には、その回転により発生する流体運動により受ける浮上力とアーム１０３による負荷荷重によりディスク１０１との距離を一定に保っている近視野光ヘッド１０２が配置されている。ディスク１０１との距離を一定に保つ方法として、近視野光ヘッド１０２とメディア表面との間に生じるトンネル電流や原子間力といった相互作用を制御する方法を採用しても良い。近視野光ヘッド１０２はアーム１０３の先端部に支持されており、モータ付きの回転軸１０４によりアーム１０３を水平方向に動かすことにより、近視野光ヘッド１０２をディスク１０１上の任意の場所に走査することができる。アーム１０３に接続した光導波路（光ファイバでも良い）１０５を伝搬した光は、フレクチャの機能を障害することなく、近視野光ヘッド１０２内の、メディア面に対し平行方向に光を伝搬させる光導波路（光導入部）に導入され（光ファイバを直接ヘッドに挿入しても良い）、近視野光ヘッド１０２内に形成された反射層あるいは集光機能を経由し、近視野光ヘッド１０２のディスク側面内に形成された微小開口より近視野光に変換されてディスク１０１に照射される。この近視野光とディスク１０１表面の微小領域との相互作用により発生した散乱光を近視野光ヘッド１０２内もしくは近視野光ヘッド１０２近傍あるいはディスク１０１の裏面に設けた受光素子により電気信号に変換され、信号処理回路へと送られて、微小領域情報が再生される。近視野光ヘッド１０２のメディア側となる面の形状は、エアーダンピングが行えるようにフラットな平板な面か、あるいは図２から図４に示すように空気流の道ができるように直方体の板（２０２，３０２，４０２）を数本並んで接続されたような凸凹型をしていても良い。平板な面の場合、近視野光を生成する微小開口はその平面内に存在する。凸凹型の面の場合、微小開口２０３は図２のように接続された直方体の板２０２のメディア側面内に存在するか、あるいは図３のように直方体の板３０２の間、あるいは横の凹んでいる部分の面上に錐状の突起３０４を形成し、その先端部に微小開口３０３を形成しても良い。また、接続された直方体の板４０２をくり抜き、その内側に先端に微小開口４０３を形成した錐状の突起４０４を設けた構成を用いてももちろん良い（図４）。
また、開口とメディアとの距離を近接させる方法として、近視野光とメディアとの間に潤滑剤を充填し、メディアを回転するなどして潤滑剤の厚みを一定にし、近視野光ヘッドを十分に薄く形成することで、潤滑剤の表面張力を利用して近視野光ヘッドとメディアとの距離を十分小さく維持できる。さらにメディアの歪みに対しても十分追従できるため、有効な手段となる。
ここで、近視野光ヘッドの構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る近視野光ヘッド５００の一部の断面図を示している。図５において、開口５０６を有するシリコン基板５０１上に、光反射膜５０２を介して光導波路５０４を設け、またその上面には光反射膜５０３を設けている。
シリコン基板５０１はこれを貫通するようにテーパ部５０７が形成され、微小な開口５０６を有している。開口５０６は、テーパ部５０７から導入される光によって近視野光が生成されるように、２００ナノメートル以下の微小な径を有している。テーパ部５０７は、異方性を有するシリコンのエッチング技術によりシリコン基板５０１を加工することにより形成される。このテーパ部５０７には、上部より伝わった光を反射し、より多くの光を開口５０６に集光できるように光反射膜５０２が形成される。
テーパ部５０７の内側およびシリコン基板５０１上には光導波層５０４が形成される。また、光導波層５０４上には、ミラーの反射効率を向上するように、あるいは光導波路５０４での伝搬効率を向上するように、光反射膜５０３が形成される。図中には示していないが、レーザ光源あるいは光ファイバより出力された光は、光入射端５０５より光導波路５０４内に入射し、光導波路５０４により開口５０６上面に導かれる。開口５０６上には、光の方向を変えるミラー部５０８が設けてあり、光導波路５０４を伝搬してきた光はこのミラー部５０８で反射し、進行方向を開口方向に向けて進んでいく。ミラー部５０８は凹面の形状をしており、反射する光は開口５０６近辺に集光される。
また、ミラー部５０８に、グレーティングを形成しても良い。ミラー部５０８に、波長λ程度のピッチで溝を形成する。ここで反射する光は、グレーティングの効果により、開口５０６近辺に集光される。ミラー部５０８で反射され、開口５０６方向に伝搬する光は、テーパ部５０７内側に形成された光反射膜５０２により反射され、さらに開口５０６方向に集光される。このように、集光されることにより、局所的な高エネルギーの光が集められ、開口５０６に生ずる近視野光の強度を増大させる。
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、図５に示した近視野光ヘッド５００の製造工程の１つを示す説明図である。図６（Ａ）は側面からみた形状を、図６（Ｂ）は上面からみた形状を示す。はじめに、ステップＳ１０１では、シリコンの異方性を有するエッチング法にてシリコン基板５０１内にテーパ部５０７を形成する。例えば、（１００）結晶方位を有するシリコン基板の上面に異方性エッチングのマスクとなる熱酸化膜または、窒化膜を設け、通常の半導体工程で使用されるフォトリソグラフィ技術をもちいてマスクに開口窓を設け、エッチングされるシリコン表面を露出させる。
続いて、開口窓が形成された面をエッチング溶液にさらし、シリコン基板５０１に逆ピラミッド構造をした四方面のテーパを形成する。次にシリコン基板５０１上に形成したマスク材を除去することにより、テーパ部５０７が形成されたシリコン基板５０１を得ることができる。エッチング溶液として、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液あるいはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液といった面方位によってエッチング速度が異なる溶液を使用することにより、容易にテーパを形成することが可能である。また、エッチング溶液に浸すことに代わり、異方性を有するドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置によるエッチングを用いることによってもテーパ部の形成が可能となる。
続いて、ステップＳ１０２では、シリコン基板５０１を裏面側よりエッチングし、基板の厚みを薄くすることにより、シリコン基板５０１内に微小な開口５０６を形成する。なお、このエッチングは開口５０６が形成されたところで終了する。その結果、テーパ部５０７の底面に開口５０６が形成される。開口５０６は、５０ｎｍから３μｍ程度のサイズに形成される。エッチングは、ウェットエッチングを用いても、ドライエッチングを用いても良い。
また、ステップＳ１０２の工程を行わず、ステップＳ１０１の工程にて開口５０６を形成してもよい。つまり、表面からエッチングを行って、シリコン基板１を貫通させ、開口５０６を形成することができる。
続いて、ステップＳ１０３では、テーパ内部およびシリコン基板上面にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）といった光反射率の高い材料を積層し、光反射膜５０２を形成する。光反射膜５０２を形成することで、開口近辺に伝搬された光を反射し、開口５０６に集光することが可能となる。この結果、開口５０６に集光される光の強度が増大し、強度の大きな近視野光を発生させることができる。
続いて、ステップＳ１０４では、光反射膜５０２上に、光導波路５０４を積層する。光導波路５０４の材料は、酸化シリコンや窒化シリコン等の誘電体材料、あるいは、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子材料を使用する。誘電体材料である酸化シリコンの場合、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法によって容易に形成できる。この光導波路５０４を屈折率の異なるコア、クラッドにより形成してもよい。この場合、光はコアを全反射して伝搬していくため、伝搬ロスを減少させることができる。
また、ステップＳ１０４では、あらかじめ作成された光導波路５０４を、光反射膜５０２上に接合して形成してもよい。この場合、図６に示すようにテーパ内に光導波路を形成せずに、シリコン基板５０１の上面のみに光導波路を配置するようにしても良い。光導波路の接合方法としては、陽極接合法、金属接合法などが使用できる。陽極接合法を使用する場合は、シリコン基板５０１上の光反射膜５０２の一部を剥離し、光導波路５０４となる酸化シリコンをシリコン基板表面に接合する。金属接合法を使用する場合は、光導波路５０４の接合面に、光反射膜５０２と同様な材料を形成し、光反射膜５０２と接合する。
続いて、ステップＳ１０５では、フォトリソグラフィ技術とエッチングを用いて、先導波路５０４の形状を調製する。通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、光導波路５０４上にエッチングを保護するマスク材を積層してパターニングを行なう。その後、光導波路５０４をエッチングし、マスク材を除去することにより、光導波路５０４をパターニングできる。この光導波路５０４のパターニングに際し、同時にミラー部５０８を形成する。
ミラー部５０８は、水平方向より進んできた光を開口５０６の方向に反射できる角度に形成され、さらに、反射した光を開口５０６の近辺に集光するように凹面形状をしている。このような形状をしたミラー部５０８を形成するために、光導波路５０４のエッチングは、反応性イオンエッチングに代表される異方性を有するドライエッチング法を用いる。
また、ミラー部５０８を、グレーティング形状に作製しても良い。この場合、ミラー部５０８に、波長λ程度のピッチで溝を作製する。グレーティングの作製は、電子ビーム加工、ドライエッチング法、収束イオンビーム法などの微細加工方法を用いることができる。
最後に、ステップＳ１０６では、光導波路５０４上に、光反射膜５０３を形成する。光反射膜５０３には、光反射率の高いＡｌ，Ａｕといった金属材料を使用し、スパッタリング法あるいは真空蒸着法にて形成する。光反射膜５０３により、ミラー部５０８で光を反射し、多くの光を開口５０６の近辺に集光することが可能となる。この結果、開口５０６に到達する光の強度が増大し、強度の大きな近視野光を発生させることが可能となる。また、光反射膜５０３を設けることで、上方あるいは側面からの光ノイズを除去できる。
以上、本発明の実施の形態１における近視野光ヘッドでは、光を反射する機能に加え、光を集光する機能を有した構造をしており、開口近辺に多くの光を照射することが可能となり、光強度の大きい近視野光を容易に発生させることができる。
また、半導体製造プロセスに用いられる技術によって微小な開口を形成できるため、このような開口を有するシリコン基板は、近視野光を生成できる平面プローブとして、特に同一シリコン基板上に複数の開口を形成するアレイ化を容易とする。また、シリコンプロセスを経て作製するので、バッチ処理が可能となり、量産に適したものとなる。また、ウェハに対する一括した工程で作製できるため、形成される平面プローブまたは形成される開口のばらつきが少なく、製品特性が安定する。また、プローブの小型化が可能となり、ウェハあたりの取り個数が増加するので、コスト低減を図ることができる。
また、実施の形態１に係る近視野光ヘッドは、一般的な半導体プロセスにて形成されているため、上述したように、同一シリコン基板上に２次元的に複数個配列させることが容易となる。図７に、近視野光ヘッドを同一シリコン基板上に２次元的にアレイ状に配置した近視野光ヘッドアレイ７００の構成を示す。１つの光源７０２から照射された光が、４つの近視野光ヘッド７０１の開口上面に導かれるように光導波路７０３が形成される。光源７０２によって照射された光は、シリコン基板７０４の端面に存在する光導波路７０３の入射端に照射され、光導波路７０３内に導入される。導入された光は、光導波路７０３内を通り、図５と同様に、テーパ部内に設けた光反射膜により反射されながら、効率良く各々の近視野光ヘッド７０１の開口近辺に導かれる。導かれた光によって、各々の開口からは近視野光が生成される。図７に示した近視野光ヘッドアレイ７００においては、１つの光源に対して、１つのシリコン基板７０４上に４つの近視野光ヘッド７０１を記しているが、これに限らず、様々な組み合わせが可能である。
上記のように、実施の形態１に係る近視野光ヘッドは、同一シリコン基板上に２次元的に複数個配列する構成が可能なため、記録媒体上おけるヘッドの掃引を最小限に抑え、高速な光記録および読み出しが可能となり、更には、前記配列間隔を記録媒体上の情報記録単位間隔に適合させることによってトラッキングレスを実現することができる。
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係る近視野光ヘッド８００の一部の断面図を示している。図８において、実施の形態１に係る近視野光ヘッド５００と同様に、開口８０６を有するシリコン基板８０１上に、光反射膜８０２を介して光導波層８０４を設け、またその上面には光反射膜８０３を設けている。開口８０６は、テーパ部８０７から導入される光によって近視野光が生成されるように、２００ナノメートル以下の微小な径を有している。
実施の形態２に係る近視野光ヘッド８００では、光導波層８０４に光を入射させる光入射端８０５に集光機能を有した構造をしている。図８に示すように、光入射端８０５の形状を凸面の形状にすると、図中には示していないレーザ光源あるいは光ファイバから射出された光は、光入射端８０５から光導波層８０４に入射されるとともに、光入射端８０５のレンズ効果により集光される。集光された光は、ミラー部８０８で開口８０６の方向に反射され、開口８０６の近辺に照射される。開口８０６の近辺のテーパ部８０７には、光導波路８０４の上部から伝わった光を反射し、より多くの光を開口８０６に集光できるように光反射膜８０２が形成される。このように、集光されることにより、局所的な高エネルギーの光が集められ、開口８０６に生ずる近視野光の強度は増大する。
また、光入射端８０５をグレーティング形状にすることもできる。その場合、光入射端８０５に、波長λ程度のピッチで溝を形成する。ここで、光導波路８０４に入射する光は、このグレーティングの効果により集光され、ミラー部８０８における反射によって開口８０６の近辺に照射される。
実施の形態２における近視野光ヘッド８００は、図６に示した実施の形態１における近視野光ヘッドと同様な製造プロセスによって作製することができる。光入射端８０５の凸面形状は、図６に示すステップＳ１０５の工程にて、異方性を有するエッチングにて作製する。たとえば、反応性のイオンエッチングを用い、凸面の形状を作製する。また、集光機能を光入射端８０５に設けているが、光導波路８０４内に形成しても良いことは言うまでもない。また、図８において、近視野光ヘッドは、近視野光学顕微鏡でいうイルミネーションモードの形態を示しているが、コレクションモードによる利用も可能である。
以上、本発明の実施の形態２における近視野光ヘッドでは、光導波路の一部に光を集光する機能を有しており、開口近辺に多くの光を照射することが可能となり、光強度の大きな近視野光を容易に発生させることができる。
また、実施の形態１と同様に、半導体製造プロセスに用いられる技術によって微小な開口を形成できるため、このような開口を有するシリコン基板は、近視野光を生成できる平面プローブとして活用でき、特に同一シリコン基板上に複数の開口を形成するアレイ化を容易とする。また、シリコンプロセスを経て作製するので、バッチ処理が可能となり、量産に適したものとなる。また、ウェハに対する一括した工程で作製できるため、ばらつきが少なく、製品特性が安定する。また、プローブの小型化が可能となり、ウェハあたりの取り個数が増加するので、コスト低減を図ることができる。
（実施の形態３）
図９は、実施の形態３に係る近視野光ヘッドを構成するシリコン基板の一部の断面図を示している。図９では、２つの角度の異なる斜面によりテーパを形成しているシリコン基板を示す。
この実施の形態３の近視野光ヘッドは、開口近辺での斜面を緩やかにし、すなわち開口近辺におけるテーパを広角化することで、開口近辺での光の効率をより向上させたものである。一般的に伝搬光は、光を伝搬する光導波路の幅が、波長λより小さな領域では、伝搬ロスが大きい。そこで、開口近辺でのテーパを広角化することで、幅が波長λ以下となる領域を小さくし、開口部に到達する光量を大きくすることができる。その結果、開口から発生する近視野光の強度を大きくすることができる。
図５に示すシリコン基板５０１のテーパ部５０７では、シリコンの異方性エッチングを用いて作製しており、単結晶シリコンの（１１１）面で斜面を形成している。そのため、テーパ部５０７の斜面とシリコン基板５０１の底面との成す角度は、約５５度である。
一方、図９に示すシリコン基板９０１のテーパ部では、２つの異なる結晶面で斜面を形成している。上段のテーパ部９０２の比較的急な勾配の斜面は、シリコン基板の（１１１）面で形成されており、下段のテーパ部９０３は比較的緩やかな勾配の斜面、例えば（３１１）面で形成されている。このように構成されたシリコン基板９０１の開口９０４は、斜面とシリコン基板の底面との成す角度が約３０度であり、図５に示すシリコン基板５０１に形成された開口近辺のテーパに比べ、より広角な形状をしている。
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、図９に示したシリコン基板９０１の製造工程の一例を示す説明図である。図１０（Ａ）は側面からみた形状を、図１０（Ｂ）は上面からみた形状を示す。
はじめに、ステップＳ２０１では、半導体製造で使われるフォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン基板９０１上にマスク材９０５を積層した後、パターニングを行う。なお、そのパターニング形状は、２段以上の階段状とする。マスク材９０５には、酸化シリコン、窒化シリコン、フォトレジスト等を使用する。
続いて、ステップＳ２０２では、シリコンの異方性エッチング技術を用いてシリコン基板内にテーパ部を形成する。このエッチング技術として、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液によってエッチングを行うとすると、シリコンの面方向によってエッチング速度が異なるため、容易にテーパ部を形成することができる。
続いて、ステップＳ２０３では、マスク材９０５をエッチングし、階段上に２段あったマスク材９０５を１段のマスク９０６に加工する。なお、この加工は、マスク材９０５を等方的にエッチングすることにより可能である。その結果、それまでマスク材９０５に覆われていた（１００）面方向をもつシリコン基板の上面の一部がマスク開口窓から新たに出現する。
続いて、ステップＳ２０４では、シリコンの異方性エッチングを行い、シリコン基板９０１内に、２段で形成したテーパ部を形成する。エッチングをＫＯＨ水溶液等の面方向によってエッチング速度の異なる方法で行った場合、上段のテーパ部９０２の斜面は、単結晶シリコンの（１１１）面で形成され、下段のテーパ部９０３の斜面は、（３１１）面等で形成される。そこで、下段のテーパ部９０３は上段のテーパ部９０２に比べてより緩やかな斜面となる。
続いて、ステップＳ２０５では、マスク材９０６を除去する。続いて、ステップＳ２０６では、シリコン基板９０１を裏面側からエッチングし、基板の厚みを薄くすることによってシリコン基板内に微小な開口９０４を形成する。なお、このエッチングは、開口９０４が形成されたところで終了する。その結果、シリコン基板９０１の底面に開口９０４が形成される。開口９０４は、５０ｎｍから３μｍ程度のサイズに形成される。エッチングは、ウェットエッチングを用いても、ドライエッチングを用いても良い。
そして、上記のようなステップを踏んで作製したシリコン基板９０１を用いて、さらに、実施の形態１において図６に示したステップＳ１０３からステップＳ１０６までを順次行うことにより、光導波路５０４、光反射膜５０２、光反射膜５０３および凹面形状のミラー部５０８を設けた近視野光ヘッドを得ることができる。また、同様に、実施の形態２に示したように凸面形状の光入射端８０５を設けることもできる。
なお、実施の形態３に係る近視野光ヘッドの説明において、図９および図１０は、角度の異なる上下２段の斜面により形成されたテーパを例として示したが、斜面の数が２段に限らす、３段あるいは、４段と複数の斜面により形成されたテーパを有したシリコン基板を用いても良い。
以上、本発明の実施の形態３における近視野光ヘッドでは、上記のようなシリコンプロセスを経て作製するので、バッチ処理が可能となり、量産に適したものとなる。また、ウェハに対する一括した工程で作製できるため、ばらつきが少なく、製品特性が安定する。また、プローブの小型化が可能となり、ウェハあたりの取り個数が増加するので、コスト低減を図ることができる。
また、実施の形態１と同様に、微小な開口を有する構成が可能となり、近視野光を生成できる平面プローブとして活用できる。特に、同一シリコン基板上に複数の開口を有する構成、すなわちアレイ化を容易とし、光メモリヘッドとして使用した場合、高速な光の記録または再生が可能となる。
また、実施の形態３に係る近視野光ヘッドでは、図９に示すような開口９０４近傍のテーパの形状をより広角にしたシリコン基板９０１を用いているため、開口部近辺での光導波路において、波長λ以下の領域を小さくすることができ、この領域における光の伝搬ロスを減少させることが可能となる。その結果、開口近辺に集光された光を効率よく近視野光に変換することができる。
（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４に係る近視野光ヘッドを構成するシリコン基板の一部の断面図を示している。この実施の形態４の近視野光ヘッドは、実施の形態３と同様に、開口近辺のテーパを広角化することで、光を伝搬する光導波層の幅が波長λより小さくなる領域での伝搬ロスを小さくし、開口近辺において近視野光を生成させるための光の変換効率をより向上させたものである。
図１１に示すシリコン基板１１０１においては、シリコン基板を貫通した穴が形成され、底面に微小な開口１１０３が形成されている。穴に形成されたテーパ部１１０２は、開口１１０３近辺では、その斜面の角度が緩やかになっている。穴の上部では、シリコン基板１１０１の底面に対して５５度程度の斜度でテーパ部１１０２を形成しているが、開口近辺では、１０度から３０度程度の斜度でテーパ部１１０３を形成している。
図１２は、図１１に示したシリコン基板１１０１の製造工程の一例を示す説明図である。はじめに、ステップＳ３０１においては、半導体製造で用いられるフォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン基板１１０１上に、マスク材１１０４をパターニングした後、シリコンの異方性エッチング技術を用いて、シリコン基板１１０１内にテーパ部を形成する。このエッチング技術として、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液によってエッチングを行うとすると、シリコンの面方向によってエッチング速度が異なるため、約５５度の斜度のテーパ部を形成することができる。
続いて、ステップＳ３０２では、シリコンの等方性のエッチングを行う。例えば、ＸｅＦ_２によるエッチングを行うことにより、等方的にシリコンがエッチングされる。等方性を有するエッチングを行うことで、テーパ部１１０２の底部の尖った形状が丸みを有する形状に変化していく。その結果、テーパ部１１０２の底部近くでの斜面の角度は、シリコン基板１１０１の底面に対して１０度から３０度程度となる。
続いて、ステップＳ３０３では、マスク材１１０４を除去する。続いて、ステップＳ３０４では、シリコン基板１１０１を裏面側からエッチングし、基板の厚みを薄くすることによりシリコン基板１１０１内に微小な開口１１０３を形成する。なお、このエッチングは、開口１１０３が形成されたところで終了する。その結果、シリコン基板１１０１の底面に開口１１０３が形成される。開口１１０３は、５０ｎｍから３μｍ程度のサイズに形成される。また、図１３は、図１１に示したシリコン基板１１０１の製造工程の他の例を示す説明図である。
図１３において、まず、ステップＳ４０１では、図１２のステップＳ３０１と同様に、半導体製造で用いられるフォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン基板１３０１上に、マスク材１３０４をパターニングした後、シリコンの異方性エッチング技術を用いて、シリコン基板内にテーパ部を形成する。このときのマスク材１３０４には、シリコン酸化膜を使用する。
続いて、ステップＳ４０２では、シリコン基板１３０１の周辺にシリコン酸化膜１３０５を形成する。シリコン酸化膜１３０５は、シリコン基板１３０１を高温の熱酸化炉の中に投入し、シリコン基板１３０１の表面を酸化させることによって作製する。テーパ部の底部では、酸化膜が形成されにくく、その結果、テーパ部の底部でのシリコン酸化膜１３０５の厚みは、テーパ部斜面でのシリコン酸化膜１３０５の厚みに比べて薄くなる。
続いて、ステップＳ４０３では、シリコン基板１３０１の周辺に形成されたシリコン酸化膜１３０５を除去する。テーパ部の底部でのシリコン酸化膜１３０５の厚みは、テーパ部斜面でのシリコン酸化膜１３０５の厚みに比べて薄いため、シリコン酸化膜１３０５を除去した後の、シリコン基板１３０１のテーパ部１３０２の形状は、底部に近づくにつれて斜面の角度が緩やかになり、丸みをおびた形状となる。その結果、テーパ部１３０２底部の斜面の角度は、シリコン基板１３０１の底面に対して１０度から３０度程度となる。
続いて、ステップＳ４０４では、図１２のステップＳ３０４と同様に、シリコン基板１３０１を裏面側からエッチングし、シリコン基板１３０１内に５０ｎｍから３μｍ程度の微小な開口１３０３を形成する。実施の形態４に係る近視野光ヘッドの作製工程では、上記のようなステップを踏んで作製したシリコン基板１３０１、またはシリコン基板１１０１を用いて、実施の形態１におけるステップＳ１０３からステップＳ１０６までを順次行う。
以上、本発明の実施の形態４における近視野光ヘッドでは、上記のようなシリコンプロセスを経て作製するので、バッチ処理が可能となり、量産に適したものとなる。また、実施の形態１と同様に、微小な開口を有する構成が可能となり、近視野光を生成できる平面プローブとして活用できる。特に、シリコン基板上に複数の開口を有する構成、すなわちアレイ化が容易となり、光メモリヘッドとして使用した場合、高速な光の記憶または再生が可能となる。
また、実施の形態４に係る近視野光ヘッドでは、図１１に示すように開口１１０３でのテーパの形状をより広角にしたシリコン基板１１０１を用いているため、開口部近辺での光導波層の幅が波長λ以下となる領域を小さく抑えることができ、この領域での光の伝搬ロスを減少させることが可能となる。その結果、開口近辺に集光された光を効率よく近視野光に変換することができる。
なお、実施の形態１〜４に係る近視野光ヘッドは、光メモリヘッドとしての近視野光ヘッド以外に、光学顕微鏡用の光プローブとしての使用も可能である。
（実施の形態５）
次に、以上に説明した実施の形態１〜４に係る近視野光ヘッドのような平面プローブにおいて、その開口部を、目的とする大きさや形状に正確に再現性高く形成する方法について説明する。
通常、平面プローブにおいては、伝搬光を微小開口に効率よく導くために、テーパ部上に、実施の形態１において説明したような光反射膜が形成されるが、この光反射膜は、近視野光ヘッドの開口に導入される伝搬光を反射するために設けられたものであり、開口の大きさや形状は、図６に示したようなエッチング処理を行なうことで形成された穴のエッジ部によって規定されていた。
よって、光反射膜の厚みは、シリコン基板の穴のエッジ部に影響を与えない程度に薄く選ばれていたが、「解決しようとする課題」において述べたように、エッチング処理によって微小な開口を形成した場合には、その大きさや形状のばらつきが多く生じ、光反射膜を薄く形成することが正確に制御できたとしても、平面プローブとして意図した強度の近視野光を得ることができなかった。
実施の形態５に係る近視野光ヘッドの製造方法は、シリコン基板にエッチング処理等によって、目的とする大きさよりも大きいか、目的とする形状とは異なった形状の開口を形成し、テーパ部に光反射膜を厚く形成することによって、最終的な微小開口の大きさや形状を規定するものである。
図１４は、異方性エッチングや等方性エッチング等の方法によってシリコン基板に形成された開口の断面図である。図１４において、シリコン基板１４０１は、テーパ部１４０２が形成されることによって微小開口１４０３を設けている。ただし、この微小開口１４０３は、上記したように、目的とする大きさよりも大きいか、目的とする形状とは異なった形状である。
そしてこのシリコン基板１４０１の表面に光反射膜を形成する。この光反射膜の形成は、通常、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の方法を用いて行なわれ、近視野光の生成のために使用される伝搬光の波長λに対して高い反射率を有するアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等の材料を粒子状にして徐々に対象物（この場合、特にテーパ部１４０２）に堆積させること（以下、成膜と称する）によって達成される。
図１４において、矢印Ａおよび矢印Ｂは、成膜の方向、すなわち上記した粒子が飛来してくる方向を表している。通常は、矢印Ａで示すようにシリコン基板１４０１に対して垂直方向から成膜するが、成膜角度を変えて例えば矢印Ｂの方向から成膜することも可能である。
図１５は、成膜後のシリコン基板に形成された開口の断面図である。図１５において、光反射膜として金属膜１５０４が膜厚ｔで成膜されている。ここで、膜厚ｔとは、シリコン基板１４０１の上面（テーパ部１４０２を除く面）に垂直な方向において、シリコン基板１４０１の上面からの金属膜１５０４の厚みを示す。金属膜１５０４が、テーパ部１４０２上に十分に厚く成膜されることによって、微小開口１４０３周辺には金属膜１５０４が微小開口１４０３の中心に向けて突出量Δｒだけ突出し、元の微小開口（以下、修正前の微小開口と称する）の大きさｄより小さな、大きさＤの微小開口（以下、修正後の微小開口と称する）が形成される。すなわち、生成される近視野光の強度は、修正後の微小開口により規定される。よって、Ｄ＝ｄ−２Δｒの関係が成り立つ。ここで、突出量Δｒとは、シリコン基板１４０１の底面に沿った方向において、修正前の微小開口のエッジ部から、金属膜１５０４の突出部までの長さを示す。
また、図１５に示すように、修正後の微小開口の大きさＤは、シリコン基板１４０１の底面に沿った方向における金属膜１５０４により規定されるのではなく、シリコン基板１４０１の底面からΔｚだけ上方にずれた位置において規定される。すなわち、このΔｚは、修正後の開口と修正前の開口との高さずれを示す。ここで、近視野光の生成条件を満たすにはＤ＜λであればよいが、特にレンズによる回折限界以下の開口サイズを必要とするため、Ｄ＜λ／２の関係を満たす必要がある。
突出量Δｒは膜厚ｔに比例するので、この膜厚ｔによって、修正後の微小開口の大きさＤを制御することができる。図１６（ａ）は、成膜方向を図１４中の矢印Ａとした場合の修正後の微小開口の上面図である。図１６（ａ）に示すように、修正前の微小開口１４０３から内側に突出量Δｒだけずれて形成された開口部が、近視野光を生成するために有効な大きさおよび形状となる。
図１７は、成膜方向ＡからＡｌをテーパ部上に成膜した場合の膜厚ｔと突出量Δｒの関係を示す図である。特に、図１７においては、成膜方法として、真空蒸着法とスパッタリング法を行なった場合のそれぞれのグラフを示している。なお、この場合の成膜条件は、真空蒸着法においては、真空度３×１０^−６ｔｏｒｒ、蒸着レート７００Å／ｍｉｎとし、蒸着された粒子の大きさ（グレインサイズ）は比較的小さく、テーパ部上に均一に成膜される。また、スパッタリング法においては、真空度３×１０^−３ｔｏｒｒ、蒸着レート２００Å／ｍｉｎとし、グレインサイズは比較的小さく、テーパ部の底ほど膜厚は薄くなるため真空蒸着法の場合よりも突出量は小さくなる。
図１７から、膜厚ｔと突出量Δｒの関係は、Δｒ＞ｔ／１０と表すことが可能である。すなわち、上記した成膜条件においては、突出量Δｒは膜厚ｔの１０分の１以下になることはなく、仮に突出量Δｒが膜厚ｔの１０分の１以下となる関係となる場合は、開口サイズや開口形状を制御するには非常に厚い膜を成膜しなければならなくなり効率的ではない。よって、上記した成膜条件程度によって成膜することが好ましい。また、真空蒸着法においては、蒸着レートを上記した成膜条件よりも遅くしてグレインサイズを大きくすることにより、Δｒ＝ｔ／２程度まで突出量Δｒを大きくすることが可能である。
図１８は、膜厚ｔと最大突出部の底面から高さずれΔｚの関係を示す図である。特に、図１８においては、成膜方法として真空蒸着法を行なった場合のグラフを示しており、成膜条件は上記した通りである。図１８からΔｚ〜ｔ／３と表すことが可能である。すなわち、膜厚ｔが増大するにつれて、高さずれΔｚも増大する。
これら図１７および図１８から、膜厚ｔを厚くして突出量Δｒを増やした場合、修正後の微小開口の大きさＤは小さくなるが、高さずれΔｚも増大し、近視野光を生成するのに有効となる開口位置が底面から離れてしまう。これは、近視野光は開口から離れるほど指数関数的に減衰するという性質から、高さずれΔｚが増大するにつれて、近視野光強度が小さくなることを意味する。また同時に、近視野光は微小開口から離れるほど広がってしまうため、分解能が低下することを意味する。例えば、微小開口と記録媒体間の距離が微小開口の大きさ程度離れると、分解能は約１／２になる。この距離が分解能の限界とすると、修正後の微小開口の大きさＤは、Δｚ＜Ｄ＝ｄ−２Δｒと表すことができる。よって、高さずれΔｚの増大は好ましくなく、小さいほどよい。
また、例えば真空蒸着法において成膜方向を傾けることで、修正後の微小開口の形状を制御することができる。図１６（ｂ）は、成膜方向を図１４中の矢印Ｂとした場合の修正後の微小開口の上面図である。図１６（ｂ）は、特に矢印Ｂをシリコン基板１４０１に垂直な方向に対して約２０度傾けた方向とした場合を示している。図１６（ｂ）に示すように、蒸着方向に対向する面に厚く金属膜が形成され、逆の面には薄く金属膜が形成されている。その突出量の増減量は、図１６（ａ）の場合の突出量Δｒに対して約２０％であることが確認された。
例として、真空蒸着法による成膜の場合、Ａｌの膜厚ｔ＝１５０ナノメートルとすると、Δｚ＝４０〜５０ナノメートル、Δｒ＝７０〜８０ナノメートルであり、修正前の微小開口の大きさ（径）ｄ＝２５０ナノメートルが修正後の微小開口の大きさＤ＝１００ナノメートルとなり、Δｚ＜Ｄの上記式を満たす。スパッタリング法による成膜の場合、高さずれΔｚも突出量Δｒも真空蒸着法より小さくなるので、Δｚ＜Ｄを当然満たす。
以上においては、テーパ部５２上に成膜した場合について説明したが、シリコン基板１４０１の裏面上に成膜して、微小開口の大きさおよび形状を制御することもできる。図１９は、シリコン基板裏面に成膜した後に形成された開口の断面図である。なお、図中において図１５と共通する意味の長さには同一符号を付して、その説明を省略する。
図１９において、成膜方法として真空蒸着法を行なう場合、膜厚ｔと突出量Δｒの関係はテーパ部１４０２上に成膜した場合とほとんど差はないが、スパッタリング法を行なう場合、膜厚ｔと突出量Δｒの関係はテーパ部１４０２のような障害が存在しないため、膜厚ｔに対する突出量Δｒは大きくなる。
また、膜厚ｔと高さずれΔｚの関係は、図１８に示したグラフと同様か、さらに高さずれΔｚは小さくなる傾向にある。しかしこの場合、高さずれΔｚは、大きいほど近視野光の生成に有効な開口が記録媒体に近づくことになるので、上記したテーパ部１４０２上に成膜する場合とは異なる。よって、図１９において、修正後の微小開口の大きさＤは、ｔ−Δｚ＜Ｄ＝ｄ−２Δｒと表すことができ、これにより膜厚ｔを厚くすることはできない。
また、テーパ部１４０２上とシリコン基板の裏面上との両方から成膜した場合には、基本的には、近視野光を生成するのに有効な微小開口は最も小さな部分で規定される。その場合、最も小さな開口と平面プローブの底面との距離を小さくすることにより、近視野光の生成を効率よく行なうことができる。
なお、以上に説明した膜厚ｔは、光の侵入長（金属膜に対する伝搬光の染み込み）以上であればよく、侵入長以下でも反射率が低くなるだけで特に問題はない。突出量Δｒや突出形状は、成膜方法や成膜条件により異なる。蒸着の場合、方向性がよいので突出量は小さくなる。しかし、テーパ内部の成膜では開口近傍でも十分成膜できる。一方、スパッタリング法では、回り込みが大きいため突出量が大きいが、テーパ部の成膜では開口近辺には成膜しにくい。
また、上記したシリコン基板はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を用いた薄い場合でも、通常のように５００ミクロン程度と厚い場合でも良い。テーパ部の形状や作製方法は、異方性エッチングだけでなく、円弧状になる等方性エッチングでも良く、特に限定しない。また、シリコン基板ではなく、ガラス基板を使用し、等方性エッチングなどでテーパ部を形成することもできる。
以上、本発明の実施の形態５における近視野光ヘッドの製造方法では、シリコン基板に目的とする大きさや形状よりも大きな開口を形成し、この開口のテーパ部上および／またはシリコン基板裏面上に成膜する光反射膜の量を制御することにより、近視野光を生成するための微小開口の大きさおよび形状を規定しているので、エッチング処理等によりシリコン基板に開口を微小に形成する際のばらつきの問題を、比較的制御の容易な成膜処理によって解消することができ、歩留まり良く平面プローブを得ることができる。
（実施の形態６）
次に、微小開口の大きさや形状を制御する他の近視野光ヘッドの製造方法について説明する。実施の形態５で示したように、シリコン基板に微小開口を形成した後、熱酸化する。このとき、酸化する度合いに応じて、表面に形成される熱酸化膜の膜厚は制御できるが、酸化される部分には体積変化も生じているため、この体積変化量も制御できる。図２０は、熱酸化により体積変化が生じて、微小開口の大きさが変化する様子を示す断面図である。図２０に示すように、熱酸化膜２００５が形成されることにより、元のテーパ部や微小開口の形状（図中の波線）が、実線で示す形状に変化する。
シリコン基板を酸化すると（通常は熱酸化）、酸化膜厚（通常最大で１．２ミクロン程度）に応じて体積変化が生じる。元の形状を点線で示すが、体積変化で実線の形状になる。約１：１で外側と内側に酸化膜の領域が形成される。熱酸化膜厚は通常最大で１．２ミクロン程度なので、最大で内側に６００ナノメートル程度（直径では１．２ミクロン程度）開口を小さくできる。イオン注入後などでは、もっと膜厚は厚くなる可能性がある。
酸化膜の膜厚を制御することで、体積変化つまり突出量を制御できる。ただし、酸化膜は通常の光（可視光など）に対しては、透過性であるから、通常は微小な開口形成には金属膜が必要となる。ただしその金属膜は遮光できればよいため、実施の形態５に示したほど厚くなくても良い。金属膜の製膜は上側や下側のどちらでも良く、光の微小開口からの出射効率が変化するだけである。熱酸化だけでなくても、イオン注入などによってもシリコンがアモルファス化して体積変化が生じるので、イオン注入も利用できる。他の体積変化が生じる方法なら、熱酸化やイオン注入に限らない。
以上、本発明の実施の形態６における近視野光ヘッドの製造方法では、シリコン基板に目的とする大きさや形状よりも大きな開口を形成し、この開口のテーパ部を含めた表面を熱酸化またはイオン注入することにより、近視野光を生成するための微小開口の大きさおよび形状を規定しているので、エッチング処理等によりシリコン基板に開口を微小に形成する際のばらつきの問題を、比較的制御の容易な熱酸化またはイオン注入処理によって解消することができ、歩留まり良く平面プローブを得ることができる。
（実施の形態７）
図２１は、実施の形態７に係わる近視野光ヘッド２１００の一部の断面図を示している。本実施の形態による近視野光ヘッド２１００は、逆ピラミッド状の穴をもちその頂点が微小開口を形成する平面基板２１０１と、微小開口への光の伝搬を行う光導波路２１０３と、その光導波路２１０３の一部で構成され、微小開口より突起したピラミッド状の突起部２１０２と、突起部２１０２を除く光導波路２１０３の周囲に形成され、光導波路２１０３内を伝搬する光を反射する光反射層２１０４により構成されている。光導波路２１０３は、光を伝搬するコアとその外周部のクラッドとから構成されていても良い。クラッドの屈折率は、コアの屈折率に比べて相対的に小さい。
図１中には示していないが、レーザ光源あるいは光ファイバより出力された光は、光入射端２１０５から光導波路２１０３に入射し、光導波路２１０３の周りに形成された光反射層２１０４により反射されながら、光導波路２１０３の先端部の方向へ伝搬する。光反射層２１０４の反射効果により、光導波路２１０３の先端部に多くの光を供給することが可能となる。平面基板２１０１には、光学的な微小開口が形成されており、光導波路２１０３の先端部は、この微小開口より突出して、ピラミッド形状をした突起部２１０２を形成している。この突起部２１０２の寸法は、高さ２００ｎｍ以下、底面の一辺の長さ２００ｎｍ以下であり、光反射層２１０４は、形成されていない。この突起部２１０２は、光導波路２１０３の１部で構成されていることから、多くの光が突起部２１０２まで伝搬され、その結果、微小開口より突出した突起部２１０２の周辺に、伝搬光から変換された多くの近視野光を生成することができる。また、平面基板２１０１より突出したピラミッド形状の光導波路２１０３の先端部（突起部２１０２）は、その高さと底面の一辺の比が、√３〜２：２程度の構成であり、光導波路の幅が光の波長より小さくなる領域が、非常に短い構造をしている。この結果、光導波路の幅が光の波長より小さい領域での光強度の減衰が小さくなり、突起部２１０２より大きな光強度の近視野光を供給することが可能となる。このように多くの近視野光が局在した突起部２を試料表面に近接させることにより、近視野光を試料表面で散乱させ、光の微小領域の光学的な情報を取り出すことができる（イルミネーションモード）。
あるいは、試料表面に局在する近視野光を光導波路２１０３の先端部である突起部２１０２で散乱させ、伝搬光として取り出し、光導入端２１０５の後方で検出器に導入することによっても、微小領域の光学情報を検出できる（コレクションモード）。この場合も、光導波路２１０３の先端にある突起部２１０２での光導波路の幅が光の波長以下となる領域が非常に狭い構造をしていることから、近視野光の多くを伝搬光に散乱することが可能となり、また、光反射層２１０４により、伝搬ロスを少なく光導入端に導くことができる。
また、従来例で述べた平面プローブのように、平面基板内に設けた微小な開口に近視野光を生成させた場合、得られる光像の解像度（分解能）は、その開口サイズと同程度であるが、図２１に示す近視野光ヘッド２１００では、微小開口より突起した光導波路の一部である突起部２１０２の周りに近視野光が局在し、その分解能は、この突起部先端の曲率半径に相当するため、微小開口より得られる光像より、高解像度（高分解能）の光像を検出することが可能となる。
また、図２１に示した近視野光ヘッド２１００において、微小開口より突出した突起部２１０２の周囲に光反射膜２１０４は形成されていないが、突起部２１０２の周りに光反射膜２１０４を設け、突起部２１０２の先端に光学的な開口を形成した構成にしても良い。この場合、突起部２１０２の周りに形成された光反射膜２１０４の効果により、突起部２１０２の先端近辺に、より多くの光を供給するとができる。
図２２は、図２１に示した近視野光ヘッド２１００の製造工程を示す説明図である。
はじめに、ステップＳ５０１では、基板には、面方位（１００）の単結晶シリコンのシリコン基板２２００を用いる。面方位（１１０）、（１１１）の単結晶シリコンや、ガラス、石英などの誘電体結晶、あるいは、ＧａＡｓ等の半導体結晶を用いてもよい。
次に、ステップＳ５０２では、シリコンの異方性を有するエッチング法にてシリコン基板２２００内に逆ピラミッド状の凹部２２０１を形成する。マスク材となる熱酸化膜を基板上に形成し、所望の個所を、フォトリソグラフィとエッチングによりパターニングし、シリコンを露出させ、水酸化カリウム水溶液、あるいはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液といった結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンをエッチングする。このとき、（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた逆ピラミッド状の凹部２２０１が形成される。また、エッチング溶液に浸すことに代わり、異方性を有するドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置によるエッチングを用いることによっても凹部２２０１の形成が可能となる。マスク材として、熱酸化膜に代わり、ＳｉＯ２や窒化膜を用いても良い。その後、マスク材である熱酸化膜を弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合水溶液で除去する。
次に、ステップＳ５０３では、光反射層２２０２を成膜する。光反射率の高いＡｕ、Ａｌ等の金属膜を真空蒸着法にて凹部２２０１の底部にまで埋め込むように成膜する。被覆方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法を用いて成膜しても良い。光反射膜２２０２を設けることにより、光導波路内を伝搬する光を開口に導くことが可能となり、また、外乱光の遮光膜としても機能する。
次に、ステップＳ５０４では、光導波路２２０３となる誘電体を光反射膜２２０２の上面に成膜する。光導波路２２０３の材料は、酸化シリコンや窒化シリコン等の誘電体材料、あるいは、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子材料を使用しても良い。誘電体材料である酸化シリコンの場合、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法によって容易に形成できる。この光導波路２２０３を屈折率の異なるコア、クラッドにより形成してもよい。この場合、光はコアを全反射して伝搬していくため、伝搬ロスを減少させることができる。
次に、ステップＳ５０５では、基板を裏面側よりエッチングし、基板内に光反射膜２２０２で覆われたビラミッド状の微小な突起部２２０４を形成する。シリコン基板２２００の裏面側をエッチングし、基板の厚みを薄くする。光反射膜２２０２のビラミッド状の微小な突起部２２０４が形成されたところでエッチングを終了する。ピラミッドの一辺のサイズは、５０ｎｍから３μｍ程度に形成する。シリコン基板２２００のエッチングは、ウェットエッチングを用いても、ドライエッチングを用いても良い。
次に、ステップＳ５０６では、基板の裏面側より光反射膜２２０２である金属膜のエッチングを行い、一辺５０〜２００ｎｍ程度の大きさの微小開口を形成すると同時に、光反射膜を除去した光導波路の一部である突起部２２０５を形成する。金属膜のエッチングの量をコントロールし、金属膜の開口の大きさを調整する。この結果、光導波路２２０３の先端に位置する誘電体材料のピラミッド状の微小な突起部２２０５が形成される。ＡＦＭ動作時には、この突起部２２０５の頂点が探針の役割を果たす。金属膜のエッチングは、ドライエッチングを用いても、ウェットエッチングを用いても良い。
次に、ステップＳ５０７では、フォトリソグラフィ技術とエッチングを用いて、光導波路２２０３の形状を作製する。通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、光導波路２２０３上にエッチングを保護するマスク材を積層し、マスク材をパターニングする。その後、光導波路２２０３をエッチングし、マスク材を除去して、光導波路２２０３をパターニングできる。光導波路２２０３の端面の粗さを小さくするために、マスク材および光導波路材料のエッチングは、反応性イオンエッチングや誘導プラズマエッチングに代表される異方性を有するドライエッチング法を用いる。マスク材には、アモルファスシリコン、ポリシリコン、Ｃｒ、Ａｌ、ＷＳｉ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属膜、フォトレジストなどを使用する。
次に、ステップＳ５０８では、光導波路２２０３の上面に光反射膜２２０６を成膜する。光反射率の高いＡｕ、Ａｌ等の金属膜を真空蒸着法にて成膜する。被覆方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法を用いて成膜しても良い。光反射膜２２０６を設けることにより、光導波路２２０３内を伝搬する光を開口に集光することが可能となり、また、外乱光の遮光膜としても機能する。
以上に示した手順により、図２１に示した近視野光ヘッド２１００を作製できるが、ステップＳ５０７の工程とステップＳ５０８の工程を、ステップＳ５０５の工程とステップＳ５０６の工程の前に行っても、同様に図２１に示した近視野光ヘッド２１００を作製できる。
以上、本発明の実施の形態７における近視野光ヘッド２１００では、光を反射する機能を有した構造をしており、また光導波路の先端に位置する光反射膜２１０４の開口近辺では、光導波路の幅が光の波長以下となる領域が狭い構造をしており、突起部２１０２近辺での光損失が小さくなり、光反射層２１０４で覆われていない突起部２１０２より光強度の大きい近視野光を容易に発生させることができる。また、突起部２１０２の先端部の曲率半径と同等の高分解能の光像測定あるいは表面形状観察が行える。
また、半導体製造プロセスに用いられる技術によって微小な開口および近視野光を発生する突起部容易に形成できるため、同一シリコン基板上に複数の近視野光ヘッドを形成するアレイ化が容易となる。また、シリコンプロセスを経て作製するので、バッチ処理が可能となり、量産に適したものとなる。また、ウェハに対する一括した工程で作製できるため、ばらつきが少ない。さらに、製品特性が安定する。また、プローブの小型化が可能となり、ウェハあたりの取り個数が増加するので、コスト低減ができる。
記録媒体として用いられる材料を、例えば相変化記録方式を適用できる材料とした場合に、その記録は光エネルギーのヒートモードを用いるために、光の高密度化は重要な要素となる。従って、近視野光を利用した光記憶の場合も十分に大きな強度の近視野光の生成が望まれ、本発明による光メモリ用ヘッドにおいては、図２１中に示した光反射層における開口方面への集光作用によって、あるいは光導波路先端部のピラミッド形状による光導波路幅方向の波長以下領域の縮小によって、その近視野光の強度増強を達成している。また、図２１中に示した微小な突起部の先端径に相当するビット間隔のデータの読み出し、書き込みが可能であり、光メモリの記憶ビットの高密度化が実現する。上述した説明においては、光メモリ用ヘッドの突起部に集光して近視野光を生成させる、いわゆる近視野光学顕微鏡で言うイルミネーションモードであるが、他の光学系によって記録媒体面に光を照射し、記録媒体面上の微小な情報記録構造によって生ずる近視野光を微小な突起部によって検出する、いわゆるコレクションモードに対しても本発明による近視野光ヘッドは有効となる。その場合、突起部で検出された近視野光は散乱光に変換されて、光導波路を伝搬し、光入射端に到達する。そこで、光入射端近辺に光検出器を配置する。
また、実施の形態７に係わる光メモリ用ヘッドとして使用する近視野光ヘッドは、一般的な半導体プロセスにて形成されているため、同一シリコン基板上に２次元的に複数個配列させることが容易となる。
図２３に、前記光メモリヘッドを同一シリコン基板上に２次元にアレイ状に配置した近視野光ヘッドアレイ２３００の構成を示す。１つの光源２３０２より照射された光が、４つの近視野光ヘッド２３０１の突起上面に導かれるように光導波路２３０３が形成される。光源２３０２によって照射された光は、シリコン基板２３０４の端面に存在する光導波路２３０３の入射端に照射され、光導波路２３０３内に入射される。入射した光は、光導波路２３０３内を通り、図２１と同様に、テーパ部内部に設けた光反射膜により反射されながら、効率良く各々の光メモリヘッド２３０１の突起部近辺に導かれる。導かれた光によって、各々の突起部からは近視野光が生成される。図２３に示した近視野光ヘッドアレイ２３００においては、１つの光源に対して、１つのシリコン基板２３０４上に４つの近視野光ヘッド２３０１を記しているが、これに限らず、様々な組み合わせが可能である。
上記のように、実施の形態７に係わる光メモリ用ヘッドとして使用する近視野光ヘッドは、同一シリコン基板上に２次元的に複数個配列する構成が可能なため、記憶媒体上おけるヘッドの掃引を最小限に抑え、高速な光記憶及び読み出しが可能となり、更には、前記配列間隔を記録媒体上の情報記録単位間隔に適合させることによってトラッキングレスが実現できる。
（実施の形態８）
図２４は、実施の形態８に係わる近視野光ヘッド２４００の一部の断面図を示している。
図２４において、実施の形態８に係わる近視野光ヘッド２４００は、実施の形態７に係わる近視野光ヘッド２１００と同様に、微小開口を有する平面基板２４０１と、その微小開口より突起し、近視野光の検出および照射を行うピラミッド状の突起部２４０２と、突起部への光の伝搬を行う光導波路２４０５と、光導波路の周囲に形成され、光導波路内を伝搬する光を反射する光反射層２４０４により構成されている。
実施の形態８に係わる近視野光ヘッド２４００では、図２４に示すように、平面基板２４０１に形成された穴が、角度の異なる２段の斜面により形成されており、穴の入り口に近い斜面がより広がった形状をしている。そのため、斜面上に形成された光導波路２４０３は、２箇所で湾曲された形状となる。この場合、光導波路２４０３の湾曲部１箇所での伝搬光の屈折角は、小さくなり、そこでの光伝搬ロスは低減される。結果、光導波路２４０３に形成された２カ所の湾曲部において、総じて光の伝搬ロスは低減し、より多くの光を試料に照射することが可能となる。
なお、図２４では、角度の異なる２段の斜面により構成された穴をもつ平面基板を示したが、２段に関わらず、３段、４段、あるいは多段な斜面により構成された穴をもつ平面基板を用いても、もちろんよい。
実施の形態８における近視野光ヘッドは、図２２に示した実施の形態７における近視野光ヘッドの作製方法と同様な製造プロセスにて作製できる。ステップＳ５０１に示した基板内に逆ピラミッド状の凹部をもつ構成のシリコン基板２２００を用いて、ステップＳ５１２にて、再度、マスク材となる熱酸化膜を基板上に形成し、所望の個所を、フォトリソグラフィとエッチングによりパターニングし、シリコンを露出させ、パターニング部のシリコンをエッチングする。この場合、Ｓ１１１にてエッチングした箇所を含むより広い範囲のシリコンを露出させ、エッチングする。この結果、シリコン基板の（１００）面と（１１１）面との接線より面方位の異なる面が発生し、ステップＳ５１２に示した角度の異なる２段の斜面をもつ凹部２２０７をもつシリコン基板が作製できる。
この後、図２２に示した実施の形態７における近視野光ヘッドと同様にステップＳ５０３からステップＳ５０８の工程を行うことにより、図２４に示した実施の形態８における近視野光ヘッド２４００を作製する。
以上、本発明の実施の形態８における近視野光ヘッドでは、光導波路の湾曲を多段にし、一カ所の湾曲部での伝搬光の屈折角が小さくなることにより、総じて湾曲部での光の伝搬損出を低減することができ、近視野光を発生する突起部近辺に多くの光を照射することが可能となり、光強度の大きい近視野光を容易に発生させることができる。また、突起部の先端径に等しい高分解能の光像が得られる。
また、実施の形態７と同様に、半導体製造プロセスに用いられる技術によって微小開口および突起部を形成できるため、このような突起部を有するシリコン基板は、近視野光を生成できる平面プローブとして活用でき、コンパクトな構成をしており、特に同一シリコン基板上に複数の突起部を形成するアレイ化が容易となる。また、シリコンプロセスを経て作製するので、バッチ処理が可能となり、量産に適したものとなる。また、ウェハに対する一括した工程で作製できるため、ばらつきが少ない。さらに、製品特性が安定する。また、プローブの小型化が可能となり、ウェハあたりの取り個数が増加するので、コスト低減ができる。
以上、実施の形態７と実施の形態８に係わる近視野光ヘッドは記録再生装置としての近視野光ヘッド以外に、光学顕微鏡用の近視野光ヘッドとしての使用も可能である。また、突起部の先端部を用いて、トンネル電流や原子間力といった相互作用を利用した表面形状の観察や微細構造の加工を行ったり、先端部に磁性膜を着け、試料表面の磁場観察を行うこともできる。
（実施の形態９）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図２５は、本発明の実施の形態９による近視野光ヘッド２５００の構成を示す側断面図である。図２５に示す近視野光ヘッド２５００において、光導波路２５０１は、クラッド２５０２、コア２５０３およびクラッド２５０４から構成されており、レーザ光源（図示略）から射出されたレーザ光Ｌａを低損失で伝搬させる。
また、光導波路２５０１は、石英系材料、高分子等の誘電体材料からなり、クラッド２５０２、コア２５０３およびクラッド２５０４から構成されている。ここで、光導波路２５０１は、コア２５０３の屈折率がクラッド２５０２およびクラッド２５０４の屈折率より大きくなるように構成されている。上記クラッド２５０２は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ、蒸着等の手法により、二酸化珪素膜の堆積によって形成され、その一端部には、表面から裏面に向けて徐々にテーパ状に縮径される逆錐形状のテーパ穴２５０２ａが形成されている。このテーパ穴２５０２ａの頂点は、その径が数十ナノメートルの微小開口２５０２ｂとされている。すなわち、クラッド２５０２の裏面には、微小開口２５０２ｂが形成されている。この微小開口２５０２ｂの近傍には、近視野光Ｐが生成される。
コア２５０３は、クラッド２５０２の表面およびテーパ穴２５０２ａに沿って、二酸化珪素膜の堆積によって形成され、直線状のコア直線部２５０３ａと、テーパ穴２５０２ａを塞ぐコア先端部２５０３ｂとが一体に形成されて構成される。クラッド２５０４もまた、コア２５０３の表面における二酸化珪素膜の堆積によって形成される。
また、光導波路２５０１の一端部２５０１ａは、コア２５０３のコア直線部２５０３ａに対して所定角度を持つような斜めの一端面Ｔ１を有している。この一端面Ｔ１には、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）等の金属膜や、誘電体多層膜からなる反射膜２５０５が形成されている。この反射膜２５０５は、コア２５０３のコア直線部２５０３ａを同図左方向へ向けて伝搬するレーザ光Ｌａを、その反射面２５０５ａにより微小開口２５０２ｂ方向へ反射させる役目を果たしている。
基板２５０６は、シリコン、ガラス等が板状に形成されてなり、クラッド２５０４（光導波路２５０１）の表面に接着剤等により接合されている。なお、基板２５０６とクラッド２５０４（光導波路２５０１）とは、陽極接合により接合してもよい。ここで、上記陽極接合とは、基板２５０６とクラッド２５０４との間に高電圧を印加することにより境界面において生じるイオン結合による接合をいう。
上記構成において、近視野光ヘッド２５００を光メモリの記録再生に適用する場合には、近視野光ヘッド２５００の下方に図示しない記録媒体が配設される。上記記録媒体は、例えば円盤状の平面基板であり、相変化記録方式、光磁気記録方式、フォトクロミック記録方式などの光記録／再生を適用できる材料からなり、局所的な光の照射による情報記録を可能とする。また、記録・再生中において、記録媒体は、図示しない駆動機構により高速回転される。
さらに、この場合には、微小開口２５０２ｂ近傍に生成される近視野光Ｐを記録媒体に作用させるために、微小開口２５０２ｂと記録媒体の記録面との間を微小開口２５０２ｂの径程度まで近接させる必要がある。そこで、この例では、近視野光ヘッド２５００と記録媒体との間に潤滑剤を充填し、この潤滑剤の表面張力を利用して近視野光ヘッド２５００と記録媒体の記録面との距離を十分に小さく維持する。また、上記潤滑剤は、高速回転中に生じる記録媒体の回転軸方向の撓みに近視野光ヘッド２５００の位置を追従させる役目をしている。また、微小開口２５０２ｂと記録媒体の記録面との間を微小開口２５０２ｂの径程度まで近接させる手段として、従来のハードディスクに用いられているフライングヘッド方式を採用することも可能である。
このような状態において、図示しない近視野光ヘッド制御機構によって、近視野光ヘッド２５００の微小開口２５０２ｂが、記録媒体の記録面における所望の位置に配置されるように、近視野光ヘッド２５００の位置が制御される。続いて、図示しないレーザ光源から射出されたレーザ光Ｌａが光導波路２５０１のコア２５０３の入射端面に入射されると、該レーザ光Ｌａは、コア直線部２５０３ａを同図左方向に伝搬した後、反射膜２５０５の反射面２５０５ａにより微小開口２５０２ｂ方向へ反射される。これにより、微小開口２５０２ｂの近傍、言い換えれば、微小開口２５０２ｂと記録媒体の記録面との間の微小空間に近視野光Ｐが生成される。
そして、上記近視野光Ｐと記録媒体の記録面との相互作用によって生じた伝搬光が、記録面の記録状態に依存した強度や位相等の特性を伴って図示しない受光素子へと導かれて電気信号に変換され、図示しない信号線を介して同じく図示しない信号処理部によって情報記録部の記録状態が判断される。
記録媒体への情報の記録は、上述のように微小開口２５０２ｂから近視野光Ｐを照射する必要があるが、記録媒体に記録された情報の読み出しに関しては、微小開口２５０２ｂで近視野光を検出する構成や、同一の微小開口２５０２ｂを用いて近視野光の照射と信号光の検出を行う構成も可能である。
次に、図２６（ａ）〜図２６（ｆ）を参照して、上述した実施の形態１による近視野光ヘッド２５００の製造方法について説明する。まず、図２６（ａ）においては、上述したＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の手法により、シリコン基板１０の表面に二酸化珪素の薄膜が、２００ｎｍ〜５０μｍの厚さとなるように、クラッド２５０２が堆積形成される。次に、フォトリソグラフィの手法を用いて、クラッド２５０２にテーパ穴２５０２ａが形成される。
具体的には、クラッド２５０２の表面に塗布されたレジスト部分に、直径が１００ｎｍ〜１μｍのピンホールを形成した後、等方性のドライエッチング手法によりエンチングを施す。これにより、レジスト部分とピンホール近傍のクラッド２５０２が同時に横方向、縦方向共に同じエッチング速度でエッチングされ、結果的に同図に示すようなテーパ形状のテーパ穴２５０２ａがクラッド２５０２に形成される。ここで、テーパ穴２５０２ａのテーパ角は、クラッド２５０２とレジスト剤とのエッチング選択比を調整することにより、変化させることができる。また、異方性のドライエッチングを用い、クラッド２５０２とレジストとのエッチング選択比を調整することにより、所望の形状のテーパ穴２５０２ａを形成することも可能である。
次に、図２６（ｂ）において、クラッド２５０２の形成手法と同様の手法により、クラッド２５０２の表面に沿い、かつテーパ穴２５０２ａを塞ぐようにして、二酸化珪素の薄膜が、２μｍ〜１０μｍの厚さとなるように堆積形成されることにより、コア２５０３が形成される。次いで、同様の手法により、コア２５０３の表面には二酸化珪素の薄膜が２００ｎｍ〜５０μｍの厚さとなるように堆積形成されることにより、クラッド２５０４が形成される。これにより、クラッド２５０２、コア２５０３およびクラッド２５０４からなる光導波路２５００がシリコン基板２５１０の表面に形成される。
ここで、コア２５０３の屈折率をクラッド２５０２、２５０４の屈折率より大きくする手法としては、２つの手法がある。クラッド２５０２，２５０４の屈折率を小さくする場合には、クラッド成膜時にフッ素（Ｆ）をドーピングすればよく、一方、コア２５０３の屈折率を大きくする場合には、コア成膜時にゲルマニウム（Ｇｅ）をドーピングすればよい。また、成膜方法にもよるが、例えば、ＣＶＤやスパッタにより二酸化珪素膜を堆積形成する場合、成膜時のガス圧や印加電力の調整により、上記屈折率を調整することも可能である。
次に、図２６（ｃ）において、フォトリソグラフィの手法により、一端面Ｔ１を形成するためのレジストパターンを光導波路２５０１に形成した後、光導波路２５０１全体をテーパエッチングする。このテーパエッチングの手法としては、次の（１）項〜（３）項に挙げる手法が適宜選択される。
（１）レジストパターンをマスクとし、レジストと光導波路２５０１の構成材料である二酸化珪素のエッチングレートとを適に選定した状態で異方性または等方性エッチングを施すことにより、レジスト材と二酸化珪素のエッチング速度差に応じた角度で、光導波路２５０１の一端部２５０１ａが同図に示す形状となるような一端面Ｔ１が形成される。
（２）光導波路２５０１の表面にレジストパターンを形成した後、等方性のドライエッチングを施すことにより、アンダーカットによって一端部２５０１ａが同図に示す形状となるような一端面Ｔ１が形成される。
（３）光導波路２５０１の表面に一端面Ｔ１に対応するようなテーパ状のレジストパターンを形成した後、光導波路２５０１の構成材料である二酸化珪素とレジストのエッチングレートを適に選定した状態で異方性エッチングを施すという、転写方式のエッチングにより、一端部２５０１ａが同図に示す形状となるような一端面Ｔ１が形成される。
次に、図２６（ｄ）において、光導波路２５０１（シリコン基板２５１０）の表面全体には、ＣＶＤ、スパッタ等の手法により、上述したアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）等の金属膜、誘電体多層膜等が形成される。次いで、フォトリソグラフィ、エッチングにより、同図に示す反射膜２５０５以外の膜を除去する。なお、反射膜２５０５は、後述する図２６（ｅ）または図２６（ｆ）に示す工程において、同図左方向から堆積形成してもよい。
次に、図２６（ｅ）において、光導波路２５０１（クラッド２５０４）の表面には、上述した陽極接合または接着剤により基板２５０６が接合される。そして、最終工程として、図２６（ｆ）において、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を用いて、図２６（ｅ）に示すシリコン基板２５１０にウェットエッチングを施すことにより、シリコン基板２５１０を除去する。また、シリコン基板２５１０は、高速度のドライエッチングにより除去することも可能である。これにより、近視野光ヘッド２５００が製造される。
以上説明したように、上述した実施の形態９による近視野光ヘッドによれば、従来の光ファイバに代えて、光導波路を用いているので、小型・軽量化を図ることができるため、高速応答が必要とされるフィードバック系の応答速度に容易に追従させることが可能となり、ひいては、高密度の記録再生を行うことができる。
また、上述した実施の形態９による近視野光ヘッドによれば、光導波路を介して、レーザ光源からのレーザ光を微小開口の直近まで導く構成としたので、従来のものと比較して光伝搬損失を飛躍的に減少させることができる。
さらに、上述した実施の形態９による近視野光ヘッドによれば、等方性または異方性のドライエッチングによりテーパ穴を形成しているので、テーパ穴のテーパ角を容易に調整することができ、ひいてはこのテーパ角の調整により光伝送効率を最適値にすることができるので、結果的に光伝搬損失を減少させることができる。
また、上述した実施の形態９による近視野光ヘッドの製造方法によれば、図２６（ａ）〜図２６（ｆ）を参照して説明した手法、つまり、シリコン基板の表面に上方向に順次クラッド、コアおよびクラッドを形成した後、基板を光導波路に接合するという手法を用いたことにより、従来、製造が困難とされていた光導波路コアの突起状の形状を容易に形成することができる。
（実施の形態１０）
図２７は、本発明の実施の形態１０による近視野光ヘッド２７００の構成を示す側断面図である。図２７において、図２５の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図２７においては、反射膜２７２１が新たに形成されている。この反射膜２７２１は、クラッド２５０２の裏面２５０２ｃに形成されており、この反射膜２７２１において、微小開口２５０２ｂに対応する部分には、微小径穴２７２１ａが形成されている。この反射膜２７２１は、微小開口２５０２ｂ周囲の漏れ光を防止し、また、コア２５０３内を伝搬する光がクラッド２５０２に漏洩光として漏洩したときに、この漏洩光が光ディスクの記録面に照射されることを防ぐ役目をする一方、近視野光Ｐの散乱により得られる伝搬光を、図示しない受光素子側へ反射させる役目をしている。
また、反射膜２７２１は、クラッド２５０２の裏面２５０２ｃに、前述したＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の手法により、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）等の金属膜や、誘電体多層膜が１００ｎｍ〜１μｍの厚さとなるように形成されたものである。さらに、反射膜２７２１の微小径穴２７２１ａは、上述したリソグラフィ、エッチングの手法により形成される。
この実施の形態１０による近視野光ヘッドによれば、反射膜を形成したことにより、コアの漏洩光が光導波路の外部に漏洩することがないため、記録媒体の記録面における光照射範囲を効果的に狭めることができる。さらに、この実施の形態１０による近視野光ヘッドによれば、反射膜を形成したことにより、近視野光Ｐを散乱させて得られる伝搬光が受光素子に効果的に導かれるため、検出感度を向上させることができる。
（実施の形態１１）
図２８は、本発明の実施の形態１１による近視野光ヘッド２８００の構成を示す側断面図である。この図において、図２５の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。この図においては、光導波路２５０１の一端部２５０１ａの一端面Ｔ２が曲面とされており、この一端面Ｔ２には、反射膜２５０５（図２５参照）と同様の材料および手法による反射膜２８３１が形成されている。つまり、反射膜２８３１の反射面２８３１ａは、一端面Ｔ２が曲面であるため、凹面鏡としての役目をしている。すなわち、コア２５０３のコア直線部２５０３ａを伝搬してきたレーザ光Ｌａは、反射面２８３１ａにより集光されて微小開口２５０２ｂ方向へ反射されるのである。
この実施の形態１１による近視野光ヘッドによれば、反射膜を曲面としたので、レーザ光を集光することができ、ひいては、近視野光の光強度を高めることができる。
（実施の形態１２）
図２９は、本発明の実施の形態１２による近視野光ヘッド２９００の構成を示す側断面図である。図２９において、図２５の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図２９においては、図２５に示すクラッド２５０４が形成されていない構成とされている。すなわち、コア２５０３の表面には、コア２５０３の屈折率より小さい屈折率を有する基板２５０６が、前述した陽極接合等により結合されており、基板２５０６は、クラッド２５０４の役目を担っている。従って、図２９においては、クラッド２５０２、コア２５０３および基板２５０６により光導波路２９０１が構成されている。
従って、この実施の形態１２による近視野光ヘッドによれば、実施の形態９に記載の近視野光ヘッドと比較して、クラッドが無い分、さらに小型・軽量化を図ることができるため、さらに高密度な記録・再生を行うことができる。
以上本発明の実施の形態９から１２について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態９から１２に限られるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述した実施の形態９から１２においては、複数の構成例について説明したが、各構成例を個別的に実施することはもちろんのこと、これらの複数の構成例を適宜組み合わせた構成も本発明に含まれる。
また、実施の形態９から１２において、光導波路に導入される光は、レーザ光のように特にコヒーレントな光である必要はなく、インコヒーレントな光であるＬＥＤ等から射出される光を用いてもよい。
（実施の形態１３）
図３０は、実施の形態１３に係る近視野光ヘッドの構成を示す一部の断面図である。図１３に示す近視野光ヘッド３０００において、レーザ光源から射出されたレーザ光を近視野光ヘッド３０００内に導入させる光導入部において、メディア面に水平な方向に低損失で伝搬させる光導波路３００２と、光導波路３００２を低損失で伝搬した光を反射させ伝搬方向を開口方向に向ける光反射層３００１とを有する第１の基板３００３と、開口方向に向かうレーザ光をレンズ効果により集光させ、集光した微小なビームスポットを開口に合わせるように設計されたレンズ３００４を有する第２の基板３００５と、メディアに対向するスライダ面３００６に向け除々にテーパ状に縮径され、上面に光を反射することで開口への光の照射を多くする光反射膜３０１０が成膜された逆錐形状の穴３００７が形成され、その頂点に伝搬光を照射することにより近視野光を生成する微小開口３００８が設けている第３の基板３００９とから構成されている。
第１の基板３００３において、光導波路３００２は、石英系材料、高分子等の誘電体材料からなり、図３０に示すようクラッド３０１１、コア３０１２およびクラッド３０１３から構成されていても良い。ここで、光導波路３００２は、コア３０１２の屈折率がクラッド３０１１およびクラッド３０１３の屈折率より大きくなるように構成されている。上記コア３０１２およびクラッド３０１１、３０１３は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ、蒸着等の手法により、二酸化珪素膜の堆積によって形成されることにより第１の基板３００３の小型化が可能となる。この光導波路３００２からの出射光は、所定の角度を持つ斜面上に形成された光反射層３００１に照射され、この光反射層３００１により光の伝搬方向が変化する。第１の基板３００３としてＳｉｌｉｃｏｎの（１００）基板を用いた場合、異方性エッチングにより形成される（１１１）により５４．７°の斜度をもつ斜面が形成され、その上面にアルミニウム、クロム、金等の金属膜や誘電体多層膜からなる光反射層３００１が形成される。この光反射層３００１によりメディア面に対し平行な方向から照射された半導体レーザからの光を、スライダの平面内に形成された徴小開口に上方より照射することが可能となり、光伝搬効率の良い近視野光ヘッド３０００が可能となる。また別の第１の基板３１０３として、図３１に示すように、光導波路３１０２のパターンを斜面上さらに上段まで形成した場合でも、メディア面水平方向を伝搬してきた光は、斜面上に形成された光反射層３１０１により徴小開口方向へ伝搬していく。あるいは別の第１の基板３２０３として、平坦な基板上に石英系材料を積層し、その石英系材料にマスク形状を転写するような形でエッチングすることにより、一定のテーパ角をもつ斜面を形成し、その上面に金属膜等を積層させ、光反射層３２０１を形成しても良い（図３２）。あるいは、また別の第１の基板３３０３として、平坦な基板上に蒸着、スパッタあるいはめっき法を用いてアルミや金、あるいは銀、銅、チタン、クロム等の金属膜を積層させ、マスク下のアンダーカットが大きいウェットエッチングあるいはマスク形状の転写が可能なドライエッチングにより、テーパ角をもつ光反射層３３０１を形成しても良い（図３３）。また、図３４に示すような光反射層３４０１近辺に光ファイバ３４０２をＶ字型の溝に挿入した基板を第１の基板３４０３として使用しても良い。この場合、レーザ光源から射出された光は、ファイバ３４０２内部に形成された屈折率の大きい部分であるコアに入射され、コア内部を伝搬した光は、基板内に挿入された光ファイバの端面３４０４より光反射層３４０１に照射される。先ほどのように第１の基板としてＳｉｌｉｃｏｎの（１００）基板を用いた場合、エッチングレートの遅い（１１１）面を利用することにより５４．７°の斜度をもつ３つの斜面で構成された所望の深さの溝が形成され、円形の光ファイバ３４０２をその溝内に配置するより高精度なアライメントおよび位置合わせが可能となる。こういった第１の基板（３００３、３１０３、３２０３、３３０３、３４０３）において、光反射層の反射面が凹曲面形状をしていることによる集光機能を有していても良い。また、メディア面と平行な方向に伝搬する光導波路の入射端面あるいは出射端面が凸曲面の形状を有していたり、光導波路の一部にグレーティング機能を有していても良い。これら集光機能により光のスポットが微小開口に合うよう設計され、この効果により微小開口に多くの光を照射でき、情報の高速再生あるいは記録が実現する。
第２の基板３００５では、一部に屈折率が異なる屈折率分布をもつ基板を使用する。この基板は、基板の一方の面から他方の面に向かって屈折率が連続的に変化しているため、一方の面に入射した光を他方の面に集光あるいはコリメートすることが可能なレンズ機能を有する。このような基板は、後述する選択イオン交換法により作製する。また、レンズ形状によるレンズ効果をもつ基板を使用しても良い。レンズ形状は、選択イオン交換において半径の大きなイオンを選択することにより、交換されるイオン半径の違いにより円形の膨らみをもつ現象を利用して作製する。また、レンズ形状の別の作製方法として、ドライエッチングのマスクとなるレジストの形状をグレースケールマスクあるいはイマージョンマスクを用いたフォトリソグラフィ技術にてレンズ形状に作製し、基板材料となる誘電体とレジストとの選択比を一定としたエッチング条件にて、基板とレジストを同時にエッチングすることにより所望のレンズ形状を作製できる。このように適切な光学設計されたレンズ機能を有した第２の基板３００５を、第１の基板３００３と第３の基板３００９の中間位置に配置することにより、第３の基板３００９に作製される微小開口３００８に多くの光を供給することが可能となる。また第２の基板３００５として一部にグレーティング機能をもつ基板、あるいはフレネルゾーンプレートやホログラフィックレンズを使用しても良い。このような第２の基板３００５の材料としては、誘電体とくに石英やガラスといったＳｉＯ２系の材料が用いられる。
第３の基板３００９にはシリコン基板を使用する。シリコン基板にはテーパを有する穴３００７がこれを貫通するように形成され、メディア側の面内に微小開口３００８を有している。穴径はスライダ方向に向かって縮小し、穴の上方より照射された伝搬光は、テーパ内部を反射しながら開口方向に伝搬し、メディア側面内に形成され２００ナノメートル以下の微小な径を有する微小開口３００８で近視野光に変換される。テーパ部は、異方性を有するシリコンのエッチング技術によりシリコン基板を加工することにより形成される。このテーパ部の上面には、上部より伝搬してきた光を反射し、より多くの光を微小開口に集光できるように光反射膜３０１０が形成される。貫通した穴を埋めるように上面に積層された光反射膜３０１０の穴のサイズが微小開口３００８の大きさとなる。第３の基板３００９において、テーパ部が曲面であったり、あるいは斜度の異なる多段の斜面で構成されていても良い。また穴の内側の一部に屈折率ｎ＝１以上の材料が存在し、屈折率分布を持っていたり、曲面形状を持っていても良い。
実施の形態１３に係る近視野光ヘッド３０００は、上記第１から第３の基板を一体に接合することにより形成される。接合に際し、第１の基板３００３に形成した光反射層３００１で反射されたレーザ光を第２の基板３００５内に存在するレンズ機能により集光し、その収束光を第３に基板３００９に設けた微小開口３００８に照射することにより大きな近視野光の生成が可能となるようそれぞれの基板の位置合わせを行う。また、所望の大きさの近視野光を得るために、特に第２の基板３００５に設けたレンズ３００４の大きさやＮＡの光学設計を行う。基板間の接合は、基板間に接着剤を塗布し、硬化させることにより行ったり、基板材料としてシリコンやガラスを使用していることから、陽極接合方法による基板間の直接な結合を行う。ここで、陽極接合とは、シリコンとガラスもしくはガラスとガラスの間に高電界を生じさせることにより境界面において生じるイオン結合による接合をいう。
次に、図３５は、図３０に示した実施の形態１３における近視野光ヘッド３０００の製造工程を示す説明図である。
はじめに、第１の基板３００３の作製方法を説明する。まずステップＳ１１０１では、基板には、面方位（１００）の単結晶シリコン基板３５０１を使用する。この基板上にマスクとなる熱酸化膜３５０２あるいは酸化珪素膜をＣＶＤ法あるいはスパッタ法により積層させる。マスク材としては、この他に窒化珪素あるいは非アルカリ溶解系金属を用いても良い。次にステップＳ１１０２では、リソグラフィの手法を用いてこのマスク材に所望の大きさの窓を開け、エッチングを行う所のＳｉを露出させる。この後ステップＳ１１０３では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、あるいはテトラメチルアンモミウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を用いて、シリコン基板３５０１にウェットエッチングを施すことにより段差を設け、（１００）に対し５４．７°の角度を有する（１１１）である斜面３５０３を形成した。続けてステップＳ１１０４では、この斜面３５０３の上面には横方向から伝搬してきた光を開口方向に供給できるようアルミニウム、銀、金等の金属膜や誘電体多層膜からなる光反射層３５０４を積層形成する。さらにステップＳ１１０５で、この後段差の底部に光を伝搬させる材料となる酸化シリコンや窒化シリコン等の石英系材料、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子等の誘電体材料を堆積させ、光導波路となる材料を作製する。誘電体材料である酸化シリコンの場合、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法によって容易に形成できる。この光導波路を屈折率の異なるコア３５０６、クラッド３５０５，３５０７により形成してもよい。コアの屈折率をクラッドの屈折率より大きくするには、コア成膜時にゲルマニウムをドープすればよく、またクラッドの屈折率をコアの屈折率より小さくするには、クラッド成膜時にフッ素をドープすればよい。このような場合、光はコアを全反射して伝搬していくため、伝搬ロスを減少させることができる。続けてステップＳ１１０６でフォトリソグラフィ技術とエッチングを用いて、光導波路３５０８の形状を調整する。通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、光導波路上にエッチングを保護するマスク材を積層してパターニングを行なう。その後、光導波路材料をエッチングし、マスク材を除去することにより、光導波路３５０８をパターニングできる。このようにして第１の基板３００３を作製するが、段差の底部に光導波路を形成せず、光ファイバを挿入してもよい（図３４）。この場合、ステップＳ１１０１からステップＳ１１０４と同様の工程を用いて基板を作製し、（１００）と５４．７°の角度をもつ２つの（１１１）で形成されたＶ字型の溝にこのファイバを挿入する。Ｖ溝斜面の角度が一定であるため、エッチングのマスク形状を形成するときに任意のサイズを設定することにより所望の大きさのＶ溝が形成でき、その結果、Ｖ溝上に配置される円形をした光ファイバの位置は決定される。この結果、光反射層に照射する光の位置精度向上が図れる。ファイバの固定は、ファイバを適切な位置に合わせた後、接着剤による接合あるいは陽極接合を用いることにより行う。
また、図３２と図３３に示した第１の基板では、それぞれ基板上に積層した金属または酸化珪素や窒化珪素といった誘電体材料をテーパ状にエッチングすることにより形成される斜面で光の反射を行う。
次に、第２の基板３００５の作製方法を図３６で説明する。まず、ステップＳ１２０１では、ガラス基板３６０１上にマスク材となる金属膜３６０２を積層させる。真空蒸着あるいはスパッタリングにて形成する。
次に、ステップＳ１２０２では、フォトリソグラフィ技術を用い、金属膜３６０２に円形状の穴をあけ、レンズ機能を形成する所のガラス基板３６０１を露出させる。
次に、ステップＳ１２０３では、ガラス基板を溶解塩に浸すことにより、選択イオン交換を行う。ガラス基板内に拡散されるイオンは、マスクの開口部より同心円状に侵入し、３次元的な濃度分布をもつようになる。この結果、この分布に比例した屈折率勾配をもつ基板となる。
最後に、ステップＳ１２０４では、マスク材を剥離し、マイクロレンズ基板が形成される。
また、続けてドライエッチングを用いて作製するレンズ形状をもつ基板の作製工程を図３７説明する。
まず、ステップＳ１２１１では、ガラス基板３７０１上にレジスト３７０２を塗布する。
次に、ステップＳ１２１２では、階調を有するグレイスケールマスクあるいはイマージョンマスクを用いたリソグラフィによりレンズ形状をしたレジストを露光と現像により作製する。
次に、ステップＳ１２１３では、ガラスとレジストとの選択比を一定にしたエッチング条件にてガラス基板をエッチングすることにより、レジストの形状がガラス基板上に転写され、レジストがガラス基板上で完全にエッチングされたところで、このレンズ形状を有する基板は完成する。
続けて、第３の基板３００９の作製方法を図３８で説明する。まず、ステップＳ１３０１では、基板には、面方位（１００）単結晶のシリコン基板３８０１を用いる。面方位（１１０）、（１１１）の単結晶シリコンや、ガラス、石英などの誘電体結晶、あるいは、ＧａＡｓ等の半導体結晶を用いてもよい。
次に、ステップＳ１３０２では、単結晶シリコンの面方向によるエッチングレート差による異方性を有するエッチングを利用してシリコン基板内に逆ピラミッド状の貫通した穴３８０２を形成し、その頂点に開口を設ける。マスク材となる熱酸化膜を基板上に形成し、所望の個所を、フォトリソグラフィとエッチングによりパターニングし、シリコンを露出させ、水酸化カリウム水溶液、あるいはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液といった結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンをエッチングする。このとき、（１１１）面と等価な４つの面で囲まれたテーパを有する逆ピラミッド状の穴３８０２が基板を貫通して形成される。テーパ角は（１１１）と（１００）により決まる５４．７°となり、穴径はスライダ面に近づくにつれ縮小しスライダ面には一辺が１μｍ以下の微小な開口となる。また、エッチング溶液に浸すことに代わり、異方性を有するドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置によるエッチングを用いることによっても逆錐状の穴の形成が可能となる。マスク材として、熱酸化膜に代わり、酸化珪素膜や窒化珪素膜を用いても良い。その後、マスク材である熱酸化膜を弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合水溶液で除去する。
次に、ステップＳ１３０３では、逆錘状の穴の上面に光反射膜３８０３を積層形成する。光反射率の高い金、銀、アルミ等の金属膜を真空蒸着法にて穴の内部に成摸する。被覆方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法を用いて成膜しても良い。光反射膜３８０３を設けることにより、上方より照射された光が斜面にあたった場合でもその光を反射させることにより開口により多くの光を導くことが可能となる。この結果、開口より多くの近視野光を生成できる。また、外乱光の遮光膜としても機能する。また、この光反射膜の積層により微小開口３８０４のサイズが決定される。ステップＳ１３０２の工程で基板のエッチングにより形成された開口は、穴の内側に光反射膜を積層することでそのサイズは縮小し、光反射膜による開口が近視野光を発生させる微小開口３８０４となる。
従って、この実施の形態１３による近視野光ヘッドによれば、レーザ光源より出射された光を損失少なく開口へ伝搬させ、特にレンズの効果あるいは開口近辺のテーパ状の反射効果によりに多くの光を微小開口に供給できる。また、メディアに平行な方向よりヘッド部に光を入射させる構成によりに高速に動くメディアに近接させながら一定の距離を保つことが可能となる。この結果、高密度な情報の記録再生を高速で実現できる。また、量産可能な微細加工工程にて作製することによりヘッドの小型化および低価格化が実現する。
（実施の形態１４）
図３９は、実施の形態１４に係る近視野光ヘッド３９００の構成を示す一部の断面図である。実施の形態１４における近視野光ヘッド３９００では、第１の基板３９０１と第２の基板３９０２について、実施の形態１３に示した第１の基板３００３と第２の基板３００５と同様であるが、近視野光を生成する微小開口３９０４を有する第３の基板３９０３は、図３９に示す誘電体から成る錘状の突起３９０５の先端に金属膜３９０６の開口を設けた構成をしている。シリコン基板３９０７上に積層した石英系材料の一部分を加工することにより錘状の突起３９０５を形成するが、このとき、近視野光ヘッドのメディア側面内においてエッチングを施さない石英系材料の厚みと同じ材料でできた突起３９０５の先端部の高さとを同等にし、かつこの面をメディアに近接させることで、メディアと突起３９０５の先端に存在する微小開口３９０４との距離を近づけることが可能となり、微小開口３９０４で生成された多くの近視野光をメディアに照射することが可能となる。また、アルミ、金、銀といった光反射率の高い材料を突起３９０５の周りに形成する金属膜３９０６に採用することにより、上方より照射された光を反射し、より多くの光を微小開口に集光できるようになっている。なお、シリコン基板３９０７には光を透過する突起３９０４に光を入射できるよう突起３９０５の底面に向かって大きな穴が形成されている。また、突起３９０５の形は、円錐でも多角錐でも良い。あるいは釣鐘形のように突起の斜面が一定の角度を有していなくても良い。
また、実施の形態１４における別の第３の基板として、光透過率の高い誘電体材料を使用してもよい。例えば、石英、ガラスといった基板を用いた場合、石英系材料を積層することなく、直接基板を加工し、図３９と同様な錐形状をした突起を作製し、同様な作製方法で、金属膜あるいは微小開口を形成する。この基板を使用するときは、開口へ照射する光は基板内を伝搬していくため、シリコン基板３９０７内に形成した大きな穴を形成する必要はない。
実施の形態１４に係る近視野光ヘッド３９００も実施の形態１３と同様に、第１から第３の基板を一体に接合することにより形成される。メディアに照射する所望の大きさの近視野光を得るために、第３の基板３９０３の厚み、レンズのＮＡや大きさあるいは厚みを考慮した光学設計に合うようそれぞれの基板の加工を行い、適切な位置合わせを行った後、接合を実施する。接合方法は、実施の形態１３と同様である。
次に、実施の形態１４における近視野光ヘッド３９００の製造工程を示す説明図である。
第１の基板と第２の基板の製造方法は、実施の形態１３に係る近視野光ヘッド製造工程と同様であり、説明を省略する。
図４０で第３の基板３９０３の作製方法を説明する。ステップＳ１３１１では、実施の形態１３と同様、基板には、面方位（１００）単結晶のシリコンの基板３９０７を用いる。面方位（１１０）、（１１１）の単結晶シリコンや、ガラス、石英などの誘電体結晶、あるいは、ＧａＡｓ等の半導体結晶を用いてもよい。
次に、ステップＳ１３１２では、酸化珪素の一種であるＴＥＯＳ膜３９０８をＣＶＤ法にて積層形成させる。その他の材料として光透過率の高い酸化シリコンや窒化シリコン等の石英系材料、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子等の誘電体材料を用いても良い。
次に、ステップＳ１３１３では、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング法を用いてＴＥＯＳ膜３９０８の一部を錐形状に加工する。この部分が図３９における突起３９０５となる。フォトリソグラフィを用いてエッチングの特性に適合した形状のエッチングマスクを作製するが、ドライエッチングを用いる場合は、エッチングマスクの形状が転写されながらＴＥＯＳ膜３９０８のエッチングが進行するため、エッチングマスク自体にあらかじめ突起３９０５の形状をもたせておく必要がある。このようなエッチングマスク形状を形成するときには、フォトレジストの露光の際にグレイスケールマスクあるいはイマージョンマスクといった階調を有する光学マスクを用いる。このような光学マスクにより決定される特徴的なエッチングマスクの形状により、任意の形状にＴＥＯＳ膜３９０８を加工することが可能となる。また、ドライエッチングでもスパッタ系のエッチング法を用いる場合の作製方法はまた異なる。あらかじめＴＥＯＳ膜３９０８を柱型あるいは台形に加工する。その後、スパッタ系エッチングを施すことにより、柱あるいは台形の角だけが削れていき、先端の尖った突起形状が作製される。上記ドライエッチングと異なり、ウェットエッチングを用いる場合は、エッチングマスク形状とマスク下のアンダーエッチングの速度を調整することにより任意の形状のＴＥＯＳ膜の突起を作製できる。まず、エッチングマスク形状を円形、三角形、四角形にした場合、それぞれ、先鋭化した円錐、三角錐、四角錐の形状が形成される。これは、ウェットエッチングの等方性を利用したものである。マスク形状の円形、三角形、四角形は、フォトマスクを用いたレジストの露光と現像により容易に作製できる。またアンダーエッチングの速度を調節することにより任意のテーパ角度をもつ突起を形成することが可能となる。フォトレジストをマスクとして使用する場合は、ＴＥＯＳ膜表面粗さ、レジストの種類、コート方法あるいはベーキング温度の調整を行いＴＥＯＳ膜とレジストの密着性を最適化することにより任意のテーパ角を作製する。ウェットエッチャントとして、弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合液を使用する。
また、スパッタ原理を用いた局所的なエッチングが可能なＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）加工技術を用いて錐形状に加工しても良い。
次に、ステップＳ１３１４では、突起３９０５に光を入射できるよう裏面側からシリコン基板３９０７をエッチングし、大きな穴を形成する。エッチングマスクとなる熱酸化膜をフォトリソグラフィ技術でパターニングし、シリコンを露出させ、シリコンの結晶軸に対し異方性を有するウェットエッチャント（水酸化カリウム水溶液、あるいはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液）を用いて穴を形成する。この場合、（１１１）面のエッチングレートが遅いため、５４．７°の４つの斜面で囲まれた逆錘状の穴となる。この穴はシリコンを貫通しており、その結果シリコン裏面側から照射された光は、突起３９０５の先端に到達することができる。
次に、ステップＳ１３１５では、加工したＴＥＯＳ膜３９０８の表面に金属膜３９０６を積層形成する。光反射率の高い金、銀、アルミ等の金属膜３９０６を真空蒸着法にて成膜する。デポレートの高い蒸着条件により、グレインサイズの小さい成膜が可能となる。被覆方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法を用いて成膜しても良い。金属膜３９０６を設けることにより、上方より照射された光が突起３９０５の斜面にあたった場合でもその光を反射させることにより先端により多くの光を導くことが可能となる。
次に、ステップＳ１３１６では、突起３９０５の先端部の金属膜３９０６を加工し、微小開口３９０４を形成する。ステップＳ１３１５での金属膜３９０６の成膜で、方向依存性の高い成膜条件にて基板の斜め方向からデポすることにより、突起斜面の厚みに対し、先端部での厚みが薄くなる傾向がある。このような厚み分布をもった金属膜３９０６をエッチングすることにより先端部に微小開口を形成することが可能となる。また、別の方法として、先端部に微小開口の大きさに相当する穴をもつマスク材を金属膜上面に形成し、先端部の金属膜だけを選択的にエッチングすることにより微小開口３９０４を作製することも可能である。この場合エッチングのマスクとして、スピンコートすることにより先端部だけ塗布されないで金属膜が露出された状態のフォトレジストを使用したり、あるいはＣＶＤ法により先端部のみ薄く形成された誘電体をエッチングすることにより微小開口に相当する大きさの穴が形成されたものを使用することができる。
また、別の加工方法として、金属膜より硬い材料から成る表面が滑らかな平板を、突起先端部の上方より金属膜に押し当て、一定の負荷荷重を加えることにより、金属膜先端部の形状を平板の型にあうよう平らに変化させ、下層のＴＥＯＳ膜を露出させることにより微小開口を作製しても良い。この場合、平板で押し当てず、先端の尖った形状のもの、あるいは球状のものを先端部に押し当てて、金属膜をその型にはめ込んだ形状に加工することにより微小開口を作製することも可能である。
最後にステップＳ１３１７では、金属膜３９０４の上面に保護膜３９０９となる誘電体膜を形成する。保護膜３９０９は３０ｎｍ以下の厚みに形成する。誘電体膜の形成により、金属膜の計時的な酸化による反射率の低下あるいは光の漏れ、あるいは媒体との接触に起因する光反射膜の剥離による光漏れを抑制することが可能となる。なお、このステップＳ１３１７は省略できる場合もある。
従って、この実施の形態１４による近視野光ヘッドによれば、実施の形態１３の効果に加え、開口を形成している材料の屈折率が空気より大きいことから開口近辺での光伝搬損失がより小さくなり、開口での光エネルギー密度が向上し、多くの近視野光を生成できる。また、開口近辺の斜面の形状を任意に設定でき、目的に合わせた形状の選択ができる。
（実施の形態１５）
図４１は、実施の形態１５に係る近視野光ヘッド４１００の構成を示す一部の断面図である。実施の形態１５における近視野光ヘッド４１００では、第１の基板４１０１と第３の基板４１０３について、実施の形態１３と同様であるが、レンズ機能を有する第２の基板として、ボールレンズ４１０２を使用している。ボールレンズ４１０２は、第３の基板４１０３の逆錘状の穴の内側に置かれ、第１の基板４１０１内に形成された光導波路あるいは光反射層を通して伝播してきた光を、その形状あるいは屈折率に相当するレンズの効果により収束光として第３の基板４１０３に形成された微小開口に照射する。このボールレンズ４１０２の位置決め精度は、斜面の角度と球の半径の精度で決まるが、第３の基板４１０３の穴は、（１１１）面で形成された５４．７°の一定の斜度を持つ逆四角錐形状をしているため、非常に高い精度のアライメントができる。また、ボールレンズ４１０２の屈折率とその表面の曲率の大きさ（球の半径）の調節により、任意のＮＡをもつ光を微小開口に照射するできる。ボールレンズ４１０２の材料としては、石英系材料もしくは高分子材料等の誘電体材料を用いる。
また、上記説明では第３の基板４１０３として実施の形態１３で示した基板を用いたが、同様に実施の形態１４に示した第３の基板３９０３を使用しても良い。また、第１の基板として、図３１〜図３３に示した基板あるいは図３４に示したＶ溝に光ファイバを差し込んだ基板を使用しても構わない。
実施の形態１５における近視野光ヘッド４１００は、実施の形態１３における近視野光ヘッド３０００と同様、第１の基板４１０１から第３の基板４１０３を接合して形成するが、この接合方法は、実施の形態１３と同様、接着剤による接合あるいは陽極接合といった技術を用いる。
実施の形態１５における近視野光ヘッド４１００の製造工程は、実施の形態１３及び実施の形態１４の説明で代用する。ボールレンズの製造方法については、省略する。
従って、この実施の形態１５による近視野光ヘッドによれば、実施の形態１３および実施の形態１４の効果に加え、一定角度の斜面内にボールレンズを挿入することで精密なアライメントを必要とせずに、高い位置精度を得ることができる。この結果、レンズ位置決めの工程が省け、生産効率の向上が望める。また目的に合わせ必要とする近視野光の光量は、レンズのＮＡに依存するところが大きく、ボールレンズの選択により容易に解決できる。
（実施の形態１６）
図４２は、実施の形態１６に係る近視野光ヘッド４２００の構成を示す一部の断面図である。実施の形態１６における近視野光ヘッド４２００では、第１の基板４２０１と第３の基板４２０３について、実施の形態１３と同様であるが、レンズ機能を有する第２の基板を代用し、第３の基板４２０３の微小開口近辺に、紫外線をあてると硬化する液体樹脂を球状の微粒子にして吹き付け、半球形になったまま紫外線を照射し硬化させることにより曲面形状によるレンズ効果を発揮する小型のレンズ４２０２を作製している。
また、上記説明では第３の基板４２０３として実施の形態１３で示した基板を用いたが、同様に実施の形態１４に示した第３の基板３９０３を使用しても良い。この場合の近視野光ヘッド４３００を図４３に示す。レンズとなる微粒子の吹き付けは、裏面に形成したシリコン基板の穴４３０１より行い、その穴の奥に存在するＴＥＯＳ膜４３０３の面上に小型のレンズ４３０２を形成する。あるいは第３の基板としてシリコン基板ではないく石英系の基板を選択したときは、錘状の突起を形成した面の反対側の面上に吹き付け、小型のレンズを形成する。また、第１の基板として、図３１〜図３３に示した基板あるいは図３４に示したＶ溝に光ファイバを差し込んだ基板を使用しても構わない。
実施の形態１６における近視野光ヘッドは、第１の基板と第３の基板を接合して形成するが、この接合方法は、実施の形態１３に説明した接合方法と同様、接着剤による接合あるいは陽極接合といった技術を用いる。
実施の形態１６における近視野光ヘッドの製造工程は、実施の形態１３及び実施の形態１４の説明で代用する。
従って、この実施の形態１６による近視野光ヘッドによれば、実施の形態１３および実施の形態１４の効果に加え、微粒子の吹き付けとその硬化により任意のレンズを形成でき、量産に適した工程で作製できる。
（実施の形態１７）
図４４は、実施の形態１７に係る近視野光ヘッド４４００の構成を示す一部の断面図である。実施の形態１７における近視野光ヘッド４４００は、第１の基板４４０１について、実施の形態１３と同様であるが、第２の基板と第３の基板を同一基板とし、媒体面側に実施の形態１４における第３の基板に形成した突起４４０２および微小開口４４０３を形成し、その反対側の面上に実施の形態１４における第２の基板に使用した屈折率分布４４０４、レンズ形状、あるいはフレネルゾーンプレートやホログラフィックレンズを形成した光透過率の高いガラス基板を使用する。ガラス基板に限らず透過率の高い石英系誘電体基板を用いても良い。
このように、レンズ機能と錘状の突起及び微小開口を一連のフォトリソグラフィ工程を用いて一つの基板内に形成することにより、実施の形態１４に記載の近視野光ヘッド作製において必要であった第２の基板と第３の基板の貼り合わせ工程が削減され、その貼り合わせ時の位置ずれにより生じた微小開口からの照射光量低下の問題を回避することが可能となる。
また、ガラス基板のメディア側面内に屈折率分布を形成し、この屈折率分布により集光する光が開口に照射されるようにその屈折率分布内に突起４４０２および微小開口４４０３を形成しても良い。この場合、屈折率分布をもつ突起４４０２が形成される。このように突起内に屈折率分布をもつ近視野光ヘッドは、開口近辺にレンズ機能を設けてあり、かつフォトリソグラフィを用いた微細加工プロセスにて作製できるため、その位置合わせ精度が向上し、安定した特性を示し、量産に適した構成となる。さらにこのガラス基板の第１の基板側面内に図４４に示すようなレンズ機能を設け、ガラス基板の両面にレンズ機能を設けた構成にしても良い。このような両面にレンズ機能を有するガラス基板は、１つの基板の両面に同じ工程を施すことにより形成しても良く、また片面にレンズ機能を有する２枚のガラス基板を張り合わせることにより形成しても構わない。このように両面にレンズ機能を設けた構成の近視野光ヘッドは、２カ所での集光機能ににより、集光作用が向上し、微小開口から多くの近視野光が生成できるとともに、１つのレンズで集光させ、微小開口に焦点を合わせるようにした場合に比較して、２つのレンズの組み合わせで焦点を合わせられ、レンズとレンズの位置合わせが厳しい精度を必要としないことから比較的容易に作製できる。
（実施の形態１８）
図４５は、実施の形態１８に係る近視野光ヘッド４５００の構成を示す一部の断面図である。実施の形態１８における近視野光ヘッド４５００は、図４５に示すように第１の基板、第２の基板、第３の基板に含まれた光学要素（光導波路４５０１、光反射層４５０２、突起４５０３、微小開口４５０４）をすべて同一基板のメディア側の面内に形成した。
図４６は、図４５に示した実施の形態１８における近視野光ヘッド４５００の製造工程を示す説明図である。
はじめにステップＳ１４０１では、実施の形態１３の第１の基板と同様に、シリコン基板４６０１に段差を設け、その斜面に光反射層４６０２を、下段に光反射層４６０２に光を照射する光導波路４６０３を形成する。実施の形態１８の近視野光ヘッドにおいても、図３１から図３３に示した第１の基板を使用しても良い。
次に、ステップＳ１４０２では、光反射層４６０２および光導波路４６０３の上面にＴＥＯＳ膜４６０４をＣＶＤ法にて積層形成する。他の誘電体材料を用いても問題ない。
次に、ステップＳ１４０３では、段差のあるＴＥＯＳ膜の表面を研磨加工し、平坦化する。
次に、ステップＳ１４０４では、実施の形態１４における近視野光ヘッドの作製工程ステップＳ１３１３と同様の工程を行い、ＴＥＯＳ膜４６０４に錐状をした突起４６０５を形成する。
最後に、ステップＳ１４０５では、実施の形態１４における近視野光ヘッドの作製工程ステップＳ１３１５、Ｓ１３１６と同様の工程を実施し、図４５に示す、微小開口４５０４を含む突起４５０３、光反射層４５０２、光導波路４５０１をスライダ面側に形成した実施の形態１８における近視野光ヘッド４５００を形成する。
このような構成の近視野光ヘッドは光導波路４５０１の出射端と微小開口４５０４との光路距離を短くできる。例えば積層する酸化珪素膜の厚みを１０μｍ程度にすることにより、その距離を１０μｍ以下に設定できる。この結果、出射端が離れるほど大きくなる伝搬光のビームスポット径を小さいまま微小開口に照射でき、多くの近視野光の生成が可能となる。またこの近視野光ヘッドの作製は、同一面への成膜とフォトリソグラフィを用いた薄膜の加工により形成され、接合の工程を含まない。よって、実施の形態１３から１７において問題であった、貼り合わせによって生じる位置ずれを減少させ、微小開口で生成する近視野光の光量向上が望める。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の近視野光ヘッドによれば、近視野光ヘッドのフレクチャ機能を障害することなく、メディアに近接してその間隔を常に一定に保つことが可能となる。微小開口とメディアとの距離を近接させながら、メディアに対向した面が滑らかな平面であるために記録媒体との接触による損傷を低減できる構造であるため、壊れにくく丈夫で、しかも信頼性の高く、また、信号ＳＮ比の大きな近視野光ヘッドが作製できる。
さらに、ヘッド内には、メディア平行方向に光を伝搬させる光導波路およびその光を開口方向に反射させる機能および発散する光を収束するレンズ機能さらに開口近辺に光を集光するテーパ形状等の光の伝搬ロスを抑える構造に形成してあるため、集光したエネルギー密度の高い光を開口に低損失で伝搬できる。これにより開口より常に多くの安定した近視野光を発生でき、光を用いてＳＮ比が高く信頼性に優れた高密度記録再生方法を可能にした。
さらに、光伝搬体の幅が波長以下となる領域において光強度の減衰が激しくなるが、この領域が狭い構造を得ることにより、微小開口より多くの近視野光を生成することが可能となり、この結果、記録媒体の情報の記録および再生においてＳＮ比の高い信号を扱うことから信頼性の高い近視野光ヘッドを供給できる。
さらに、レーザ光源での光量が少ない場合でも、近視野光への変換効率が高いことから、記録媒体に必要とされる近視野光の供給が可能となる。よって、レーザ光源での電力が節約でき、低消費電力および低電圧駆動可能な情報再生記録装置の供給が可能となる。
さらに、上方より近視野光ヘッドに光を入射させる場合に装置構成が大型化する問題に対し、記録媒体に対し平行方向から近視野光ヘッドに光を導入させることにより、装置全体の小型化、薄型化が可能となるとともに、高速運動する記録媒体のうねりに追従し、常に記録媒体に対して一定の相対位置を保つことが可能であるため、記録媒体に対し常に安定した近視野光の供給が可能となり、信頼性の高い近視野光ヘッドが供給できる。
また、開口から突出した突起部を設けた構成により、突起部先端の曲率半径に相当する高い分解能による微小ビットへの情報記録再生が可能となる。また、突起の形状による特徴的な近視野光の空間分布が生じ、これを利用して効果的に照射範囲を決定できる。
また、本構成の光ヘッドは、シリコンなどを用いた微細加工プロセスにて作製でき、またヘッドへの光をメディアと平行な方向より入射することにより、装置全体の小型化および薄型化が可能となり、同時にバッチ処理可能な量産工程への適用による低コスト化や製品の安定性および高信頼性も実現した。また、２次元に配列したアレイ化に適した構造であり、光メモリヘッドとして使用した場合、高速な光の記憶または再生が可能となる。
また、本発明の近視野光ヘッドの製造方法によれば、目的とする大きさ以上の開口を形成したシリコン基板に対して、金属膜の成膜、熱酸化、イオン注入によって、近視野光を生成するための微小開口の大きさおよび形状を規定するので、エッチング処理等により微小開口の大きさおよび形状を規定するのに比較して、より正確で歩留まり良く近視野光ヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態１に係る光記憶再生装置の概略図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドのメディア側面の概略図である。
図３は、本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドのメディア側面の概略図である。
図４は、本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドのメディア側面の概略図である。
図５は、本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドの一部を示す断面図である。
図６は、図５に示した近視野光ヘッドの製造工程を示す説明図である。
図７は、本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドのアレイ化を示す説明図である。
図８は、本発明の実施の形態２に係る近視野光ヘッドの一部を示す断面図である。
図９は、本発明の実施の形態３に係る近視野光ヘッドを構成しているシリコン基板の一部を示す断面図である。
図１０は、図９に示した近視野光ヘッドを構成しているシリコン基板の製造工程を示す説明図である。
図１１は、本発明の実施の形態４に係る近視野光ヘッドを構成しているシリコン基板の一部を示す断面図である。
図１２は、図１１に示した近視野光ヘッドを構成しているシリコン基板の製造工程の一例を示す説明図である。
図１３は、図１１に示した近視野光ヘッドを構成しているシリコン基板の製造工程の一例を示す説明図である。
図１４は、本発明の実施の形態５に係る近視野光ヘッドの製造方法においてシリコン基板に形成された開口の断面図である。
図１５は、本発明の実施の形態５においてテーパ部上に成膜後の開口の断面図である。
図１６は、実施の形態５において修正後の微小開口の上面図である。
図１７は、実施の形態５においてテーパ部上に成膜した場合の膜厚ｔと突出量Δｒの関係を示す図である。
図１８は、実施の形態５において膜厚ｔと最大突出部の底面から高さずれΔｚの関係を示す図である。
図１９は、本発明の実施の形態５に係る、平面基板に形成した微小開口の大きさや形状を制御する様子を示す説明図である。
図２０は、本発明の実施の形態６に係る、平面基板に形成した微小開口の大きさや形状を制御する様子を示す説明図である。
図２１は、本発明の実施の形態７に係る近視野光ヘッドの一部を示す断面図である。
図２２は、図２１に示した近視野光ヘッドの製造工程を示す説明図である。
図２３は、本発明の実施の形態７に係る光導波路をもつ近視野光ヘッドのアレイを示す説明図である。
図２４は、本発明の実施の形態８に係る近視野光ヘッドの一部を示す断面図である。
図２５は、本発明の実施の形態９による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図２６は、本発明の実施の形態９による近視野光ヘッドの製造方法を説明する側断面図である。
図２７は、本発明の実施の形態１０による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図２８は、本発明の実施の形態１１による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図２９は、本発明の実施の形態１２による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図３０は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図３１は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部を示す側断面図である。
図３２は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部を示す側断面図である。
図３３は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部を示す側断面図である。
図３４は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部を示す側断面図である。
図３５は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部の製造方法を説明する側断面図である。
図３６は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部の製造方法を説明する側断面図である。
図３７は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部の製造方法を説明する側断面図である。
図３８は、本発明の実施の形態１３による近視野光ヘッドの一部の製造方法を説明する側断面図である。
図３９は、本発明の実施の形態１４による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図４０は、本発明の実施の形態１４による近視野光ヘッドの一部の製造方法を説明する側断面図である。
図４１は、本発明の実施の形態１５による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図４２は、本発明の実施の形態１６による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図４３は、本発明の実施の形態１６による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図４４は、本発明の実施の形態１７による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図４５は、本発明の実施の形態１８による近視野光ヘッドの構成を示す側断面図である。
図４６は、図４５に示した実施の形態１８における近視野光ヘッドの製造工程を示す説明図である。

Claims (26)

1. 微小開口より生成される近視野光を利用して記録媒体に対する情報の記録及び再生を行う近視野光ヘッドにおいて、
   平面基板に形成され前記記録媒体に向かって先鋭化した光伝搬体からなるテーパ部の頂点に存在する微小開口と、
   前記平面基板に配置され前記記録媒体に対し略平行方向に光を伝搬させ、一端が前記テーパ部内に配置される光導波路と、
   前記伝搬した光を前記微小開口方向に反射する反射部とを備え、
   前記光導波路と前記反射部が一体構成であることを特徴とする近視野光ヘッド。
2. 微小開口より生成される近視野光を利用して記録媒体に対する情報の記録及び再生を行う近視野光ヘッドにおいて、
   平面基板に形成され前記記録媒体に向かって先鋭化した光伝搬体からなるテーパ部の頂点に存在する微小開口と、
   前記微小開口から突出し先鋭化された微小な突起部と、
   前記平面基板に配置され前記記録媒体に対し略平行方向に光を伝搬させる光導波路と、
   前記伝搬した光を前記微小開口方向に反射する反射部とを備え、
   前記光導波路と前記反射部が一体構成であることを特徴とする近視野光ヘッド。
3. 微小開口より生成される近視野光を利用して記録媒体に対する情報の記録及び再生を行う近視野光ヘッドにおいて、
   平面基板に配置され記録媒体に対し略平行方向に光を伝搬させる光導波路と、前記伝搬した光を前記微小開口方向に反射する反射部とを有する第1の基板と、
   前記記録媒体に向かって先鋭化した光伝搬体からなるテーパ部と、前記テーパ部の頂点に形成された前記微小開口と、前記微小開口から突出し先鋭化された微小な突起部とを有する第2の基板と、を備えることを特徴とする近視野光ヘッド。
4. 前記微小開口から突出し先鋭化された微小な突起部を備えることを特徴とする請求項１に記載の近視野光ヘッド。
5. 前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、前記微小開口方向に向かう光を集光するレンズを有する第3の基板を備えることを特徴とする請求項３に記載の近視野光ヘッド。
6. 前記光伝搬体の少なくとも一部が誘電体であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の近視野光ヘッド。
7. 前記光伝搬体の少なくとも一部が空気であることを特徴とする請求項１に記載の近視野光ヘッド。
8. 前記記録媒体に対向する面にスライダ面を有し、
   前記記録媒体と前記微小開口との間隔が、前記記録媒体と前記スライダ面との間隔と略等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の近視野光ヘッド。
9. 前記テーパ部が前記スライダ面に近接して設けられていることを特徴とする請求項８に記載の近視野光ヘッド。
10. 前記微小開口が前記スライダ面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の近視野光ヘッド。
11. 前記スライダ面が前記テーパ部の周囲を180度囲むように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の近視野光ヘッド。
12. 前記テーパ部と前記光導波路と前記反射部とが、前記記録媒体に対向する面に形成されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の近視野光ヘッド。
13. 前記テーパ部は前記微小開口に近づくにつれ広角化していることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の近視野光ヘッド。
14. 前記テーパ部あるいは前記光導波路あるいは前記反射部の少なくとも一部に、前記微小開口への集光機能あるいは前記微小開口からの光のコリメート機能を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の近視野光ヘッド。
15. 前記集光機能は、光伝搬方向の垂直方向に沿って段階的に屈折率が異なる屈折率勾配を有することを特徴とする請求項１４に記載の近視野光ヘッド。
16. 前記光導波路がクラッドとコアの組み合わせによって構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の近視野光ヘッド。
17. 前記微小開口を複数有し、
    前記光導波路は少なくとも一つの光源から発せられた光を前記複数の微小開口に導くことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の近視野光ヘッド。
18. 前記テーパ部が形成された第1のクラッドと、
    前記テーパ部の側面に沿って深さ方向に形成されたコアと、
    前記コアを前記第1のクラッドと挟むように形成された第2のクラッドと、
    を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の近視野光ヘッド。
19. 前記第2のクラッドが前記平面基板であることを特徴とする請求項１８に記載の近視野光ヘッド。
20. 前記第１のクラッドの前記記録媒体と対向する面に形成され、
    前記微小開口に対応する位置に微小径穴を有する反射膜を備えることを特徴とする請求項１８あるいは請求項１９に記載の近視野光ヘッド。
21. 微小開口より生成される近視野光を利用して記録媒体に対する情報の記録及び再生を行う近視野光ヘッドの製造方法において、
    平面基板に、前記記録媒体に向かって先鋭化し、頂点に前記微小開口を有する光伝搬体からなるテーパ部を形成する工程と、
    前記平面基板に、前記記録媒体に対し略平行方向に光を伝搬させ、一端が前記テーパ部内に配置される光導波路を形成する工程と、
    前記伝搬した光を前記微小開口方向に反射する反射部を前記光導波路と一体に形成する工程とを含むことを特徴とする近視野光ヘッドの製造方法。
22. 微小開口より生成される近視野光を利用して記録媒体に対する情報の記録及び再生を行う近視野光ヘッドの製造方法において、
    平面基板に、前記記録媒体に向かって先鋭化し、頂点に前記微小開口を有する光伝搬体からなるテーパ部を形成する工程と、
    前記微小開口から突出し、先鋭化された微小な突起部を形成する工程と、
    前記平面基板に、前記記録媒体に対し略平行方向に光を伝搬させる光導波路を形成する工程と、
    前記伝搬した光を前記微小開口方向に反射する反射部を前記光導波路と一体に形成する工程とを含むことを特徴とする近視野光ヘッドの製造方法。
23. 微小開口より生成される近視野光を利用して記録媒体に対する情報の記録及び再生を行う近視野光ヘッドの製造方法において、
    第 1 の基板に、前記記録媒体に対し略平行方向に光を伝搬させる光導波路と、前記伝搬した光を前記微小開口方向に反射する反射部とを形成する工程と、
    第 2 の基板に、前記記録媒体に向かって先鋭化し頂点に前記微小開口を有する光伝搬体からなるテーパ部と、前記微小開口から突出し先鋭化された微小な突起部とを形成する工程とを含むことを特徴とする近視野光ヘッドの製造方法。
24. 前記微小開口の大きさ及び形状を、前記テーパ部に光反射膜を形成することで調整することを特徴とする請求項２１に記載の近視野光ヘッドの製造方法。
25. 前記微小開口の大きさ及び形状を、前記平面基板の前記記録媒体と対向する面に光反射膜を形成することで調整することを特徴とする請求項２１乃至請求項２３のいずれかに記載の近視野光ヘッドの製造方法。
26. 前記光反射膜が金属であり、
    前記微小開口を前記金属より堅い材料で前記テーパ部頂点付近の前記金属を塑性変形させることにより形成することを特徴とする請求項２４あるいは請求項２５に記載の近視野光ヘッドの製造方法。

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