JP4117348B2

JP4117348B2 - 近接場プローブ及び近接場プローブ作成方法

Info

Publication number: JP4117348B2
Application number: JP23271099A
Authority: JP
Inventors: 良政鈴木; 淳二富永; 伸史阿刀田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: JP2001056279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は近接場プローブ及び近接場プローブ作成方法に係り、特に、近接場顕微鏡並びに近接場光記録装置に用いられる近接場プローブ及び近接場プローブの作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、プローブ（探針）を試料表面に近接させた時に、両者に働く相互作用を検出しながら、プロープを試料表面に沿って走査して、その相互作用の２次元マッピングを行う装置である。
【０００３】
そして、このようなＳＰＭは、例えば、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気間力顕微鏡（ＭＦＭ）、走査型近接場顕微鏡（ＳＮＯＭ）に代表される。
【０００４】
これらのうち、なかでも、ＳＮＯＭは、特に、１９８０年代後半以降、エバネッセント場を検出することにより、回折限界を超える分解能を有する光学顕微鏡として、生体試料の蛍光測定や、フォトニクス材料、素子の評価（誘電体光導波路各種特性評価、半導体量子ドットの発光スペクトルの測定、半導体面発光素子の諸特性の評価など）への応用を目指して盛んに開発が進められている。
【０００５】
このＳＮＯＭは、基本的には試料に光を照射した状態で鋭い探針を試料に近づけ、試料の近傍の光の場（近接場）を検出する装置である。
【０００６】
１９９３年１２月２１日付けでＢｅｔｚｉｇ等に付与された米国特許第５，２７２，３３０号には、先端が細く加工されたプローブに光を導入することにより、プローブ先端の微小開口にエバネッセント場を発生させ、エバネッセント場を試料に接触させ、エバネッセント場と試料の接触により発生した光を、試料の下に配置された光検出器で検出し、透過光強度の２次元マッピングを行うＳＮＯＭが開示されている。
【０００７】
一方、ＳＮＯＭを用いた近接場記録の実験は、上述のＢｅｚｉｇ等によって、初めて行われている。
【０００８】
この実験は、光磁気記録媒体の一つであるＰｔ／Ｃｏ多層膜を用い、磁区の書き込みは前述のＳＮＯＭプローブにパルス光を入射することによる局所加熱によつて行い、書き込んだ磁区の読み出しは、プローブに偏光を入射し、試料裏面からの透過光の偏光面角度変化によって行われていた。
【０００９】
この方法により、上述のＢｅｚｉｇ等は、直径６０ｎｍの磁区の書き込み、読み出しに成功している（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１，１４２，（１９９２））。
【００１０】
また、相変化媒体を用いた光記録の実験も、保坂等によって行われ、直径６０ｎｍの相変化記録の書き込み、読み出しに成功している（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５，４４３（１９９６））。
【００１１】
ところで、ＳＮＯＭを用いた記録方法では、転送レートが低く、記録領域も狭いという問題がある。
【００１２】
大津等は、近接場プローブをアレイ状に並べたプローブアレイにより、この課題を克服しようとしている（ＩＳＯＭ ´９８Ｔｈ−Ｏ−０２）。
【００１３】
伊藤等は、ＳＮＯＭ用ファイバープローブを加工したスライダ搭載型光ヘッドを作成し、回転型記録装置を開示し、この課題を克服しようとしている（ＮＦＯ-5予稿集Ｐ．４８０）。
【００１４】
上記のＳＮＯＭや近接場記録においては、開口のついたプローブが広く用いられている。
【００１５】
このプローブの先端部は、光ファイバーを加熱して引っ張ることにより、その先端を所望の形状に細く加工されている。
【００１６】
その後、プローブを回転させながら斜め後方から金属を蒸着すると、プローブ先端に金属がコートされないため、先端以外が金属で覆われる。
【００１７】
この時、金属の被覆されていない部分及びその近傍の金属被膜の薄い部分が開口となる。
【００１８】
現在、プローブの形状を最適化する研究も多くなされているが、高分解能のＳＮＯＭ像を得るためには、プローブ先端の開口が小さと共に、近接場光を効率よく伝搬光に変換可能なプローブ形状であることが望ましい。
【００１９】
また、高速で光記録を行うためには、開口における光強度が強いプローブ形状であることが望ましい。
【００２０】
物部等は、光ファイバーを２段階で選択化学エッチングして先鋭化し、上記の条件を満足するプローブを開発している（ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔ．１０，９９（１９９８））。
【００２１】
なお、ＶａｎＨｕｌｓｔ等は、全体を金属コートしたプローブを用いて、先端部の一部をイオン切削し、２０ｎｍの開口を作製している（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２，３１１５（１９９８））。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の手法による従来の技術の近接場プローブには、以下のような問題点が残されている。
【００２３】
先ず、プローブ先端部に、再現よく微小な開口を形成する方法が確立されていないということがある。
【００２４】
上述した斜め蒸着により微小開口を作製する方法は、光ファイバー型のまっすぐなプローブの場合に限られてしまい、例えば、カンチレバー型のプローブの場合には困難である。
【００２５】
また、イオン切削により先端部の金属を切り落とす方法では、開口径の大きさは制御できるが、加工が非常に難しい。
【００２６】
また、先端部を固い物体に押し付けて先端部の金属を除去する方法では、再現良く開口径を制御することが極めて困難であるうえ、開口径の小さいものが得られにくいという問題点がある。
【００２７】
さらに、走査時にプローブと試料の接触により開口の形が崩れたり、開口に不純物が接着し開口をつまらせるという問題点もある。
【００２８】
このようなプローブの開口の変化は、プローブの開口近傍のエバネッセント場の変化を引き起こすために、信頼性のあるＳＮＯＭ像が得られないという問題点がある。
【００２９】
さらに、高速で走査すると、試料とプローブとの間で生じた粉塵が開口につまってしまうため、高速で走査することが必要不可欠な近接場記録には不向きである。
【００３０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、上述のような従来技術の問題を解決し、再現性良く開口を形成すると共に、走査時に開口の変化が生じないようにした近接場プローブ及びその作成方法を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題を解決するために、
（１）近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられる、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、
上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブが提供される。
【００３２】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（２）近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブであり、
上記プローブの先端及び側面は、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第１の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第２の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質でコートされており、
上記コートは、上記第１の群及び第２の群のうち、いずれか他方の群より選択された物質と接触させることにより、固相拡散によつて形成した開口を先端部に有することを特徴とする近接場プローブが提供される。
【００３３】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（３）近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブの先端に開口を形成して、プローブを作成する方法であり、
上記プローブの先端及び側面に、金属または半金属をコートする工程と、
上記コートが施されたプローブの先端を上記コートとは異なる金属または半金属と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、
を含むことを特徴とする近接場プローブ作成方法が提供される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
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。
【００３５】
図１は、本発明による近接場プローブの概略図である。
【００３６】
図１に示すように、この近接場プローブでは、カンチレバ−１の探針２先端部分に微小開口３が設けられている。
【００３７】
（実施の形態１）
図２は、本発明の第１の実施の形態による上記近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
【００３８】
先ず、図２の（ａ）に示すように、シリコンプレーナープロセスを用いて、カンチレバ−１の探針２側面全体に、遮光コート４として、金属または半金属を成膜する。
【００３９】
この遮光コート４としては、金属として銀、銅、プラチナ、パラジウム（Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）より成る第１の群と、あるいは半金属としてセレン、テルル、ヒ素（Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｓ）より成る第２の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質を成膜する。
【００４０】
次に、図２の（ｂ）に示すように、探針２の先端に固体の金属または半金属の平板５を接触させて、室温で放置し、固層拡散反応させることにより、図１に示したようにカンチレバ−１の探針２先端部分に微小開口３が設けられる。
【００４１】
ここで、平板５としては、具体的には、上述した金属として銀、銅、プラチナ、パラジウム（Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）より成る第１の群と、あるいは半金属としてセレン、テルル、ヒ素（Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｓ）より成る第２の群のうち、いずれか他方の群より選択された物質を用いる。
【００４２】
この反応により、探針２の先端部においてのみ、遮光コート４の透過率が図３に示すように上昇する。
【００４３】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態による上記近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
【００４４】
先ず、実施の形態１と同様に、カンチレバ−１の探針２側面全体に、遮光コート４を施し（図２の（ａ）参照）た後、この探針２の先端部のみに、図４に示すように、金属または半金属の微粒子６を接着させて、室温で放置し反応させることにより、図１に示したようにカンチレバ−１の探針２の先端部分に微小開口３が設けられる。
【００４５】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態による上記近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
【００４６】
先ず、図５の（ａ）に示すように、プローブアレイ用平面板７に遮光コート４を施す。
【００４７】
ここで、プローブアレイ用平面板７は、例えば、ＳｉＮといった光の透過率の高い物質が用いられる。
【００４８】
次に、図５の（ｂ）に示すように、金属または半金属が２次元的に等間隔に成膜してある平板８をプローブアレイ用平面板７に接触させた状態で、室温に放置して反応させることにより、接触部において、微小開口を備えたプローブアレイが形成される。
【００４９】
なお、上述した実施の形態１及び２では、シリコンプレーナープロセスを用いて作製した近接場プローブについて説明したが、本発明はこれに限るものではない。
【００５０】
例えば、図６に示すように、コア９とクラッド１０からなる先端の尖った光ファイバー１１の探針１２側面全体に、遮光コート１４として、金属または半金属を成膜し、その後、上述した実施の形態１，２と同様にして、光ファイバー（カンチレバ−）１１の探針１２先端部分に微小開口１３が設けられるようにしても構わない。
【００５１】
そして、上述したような実施の形態で示した本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項１乃至３以外にも、以下に付記１乃至付記１０として示すような発明が含まれている。
【００５２】
（付記１）近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブの先端に開口を形成して、プローブを作成する方法であり、
上記プローブの先端及び側面に、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第１の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第２の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質をコートする工程と、
上記コートが施されたプローブの先端を、上記第１の群と、第２の群のうち他方の群より選択された物質と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、
を含むことを特徴とする近接場プローブ作成方法。
【００５３】
（付記２）近接場光記録装置に用いられる、金属または半金属でコートされたプローブアレイであり、
上記コートは所定の位置において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とするプローブアレイ。
【００５４】
（付記３）接場光記録装置に用いられるプローブアレイであり、上記プローブアレイは、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第１の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第２の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質でコートされており、
上記コートは、上記第１の群と、第２の群のうち他方の群より選択された物質と接触させることにより、固相拡散によつて形成した開口を所定の位置に有することを特徴とするプローブアレイ。
【００５５】
（付記４）近接場光記録装置に用いられるプローブアレイの所定の位置に開口を形成して、プローブアレイを作成する方法であり、
上記プローブアレイに、金属または半金属をコートする工程と、
上記プロープアレイのコート面を、所定の位置において上記コートとは異なる金属または半金属と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、
を含むことを特徴とするプローブアレイ作成方法。
【００５６】
（付記５）近接場光記録装置に用いられるプローブアレイの所定の位置に開口を形成して、ブローブアレイを作成する方法であり、
上記プローブアレイに、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第１の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第２の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質をコートする工程と、
上記プローブアレイのコート面を、所定の位置において上記第１の群と、第２の群のうち他方の群より選択された物質と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、
を含むことを特徴とするプローブアレイ作成方法。
【００５７】
（付記６）近接場を利用する近接場顕微鏡装置及び近接場光記録装置において、
先端の開口を金属または半金属の固相拡散によって作製することを特徴とする近接場プローブ。
【００５８】
（付記７）金属または半金属を近接場プローブに成膜した後、異なる金属または半金属に接触させ、前記プローブの先端にのみ固相拡散反応を生じせしめ、光学的な微小開口を作製することを特徴とする近接場プローブ作成方法。
【００５９】
（付記８）上記近接場プローブに成膜する金属または半金属としてＡｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄより成る第１の群と、Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｓより成る第２の群のうち、いずれか一方の群より選択されたいずれかの物質単体あるいは、それらを一つ以上含む合金とし、
上記接触させる異なる金属または半金属として上記第１の群と、第２の群のうち他方の群より選択されたいずれかの物質単体あるいは、それらを一つ以上含む合金としたことを特徴とする付記７記載の近接場プローブ作成方法。
【００６０】
（付記９）Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ（またはＳｅ，Ｔｅ，Ａｓ）の単体あるいは、それらを一つ以上含む合金を成膜した近接場プローブにＳｅ，Ｔｅ，Ａｓ（またはＡｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）の単体あるいは、それらを一つ以上含む合金を接着させて微小開口を形成することを特徴とする近接場プローブ作成方法。
【００６１】
（付記１０）金属または半金属を近接場光記録用平面プローブアレイに成膜した後、異なる金属または半金属を２次元的に等開隔で接触させて、前記プローブアレイに固相拡散反応を生じせしめることにより、微小開口を形成することを特徴とする近接場プローブ作成方法。
【００６２】
【発明の効果】
従って、以上説明したように、本発明によれば、従来技術の問題を解決し、再現性良く開口を形成すると共に、走査時に開口の変化が生じないようにした近接場プローブ及びその作成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による近接場プローブの一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態による近接場プローブの製造工程において、探針２の先端部でのみ、遮光コート４の透過率が上昇する過程を示す特性図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態による近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態による近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
【図６】図６は、本発明による近接場プローブの変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…カンチレバ−、
２…探針、
３…微小開口、
４…遮光コート、
５…平板、
６…微粒子、
７…プローブアレイ用平面板、
８…金属または半金属が２次元的に等間隔に成膜してある平板、
９…コア、
１０…クラッド、
１１…光ファイバー、
１２…探針、
１３…微小開口、
１４…遮光コート。

Claims

近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられる、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、
上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブ。
近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブであり、
上記プローブの先端及び側面は、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第１の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第２の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質でコートされており、
上記コートは、上記第１の群及び第２の群のうち、いずれか他方の群より選択された物質と接触させることにより、固相拡散によつて形成した開口を先端部に有することを特徴とする近接場プローブ。
近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブの先端に開口を形成して、プローブを作成する方法であり、
上記プローブの先端及び側面に、金属または半金属をコートする工程と、
上記コートが施されたプローブの先端を上記コートとは異なる金属または半金属と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、
を含むことを特徴とする近接場プローブ作成方法。