JP4450976B2 - 光学的な開口の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学的な開口の作製方法に関するものである。特に近視野光を照射・検出する近視野光デバイスに用いる開口の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料表面においてナノメートルオーダの微小な領域を観察するために走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に代表される走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が用いられている。ＳＰＭは、先端が先鋭化されたプローブを試料表面に走査させ、プローブと試料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を観察対象として、プローブ先端形状に依存した分解能の像を得ることができるが、比較的、観察する試料に対する制約が厳しい。
【０００３】
そこでいま、試料表面に生成される近視野光とプローブとの間に生じる相互作用を観察対象とすることで、試料表面の微小な領域の観察を可能にした近視野光学顕微鏡（SNOM）が注目されている。
【０００４】
近視野光学顕微鏡においては、先鋭化された光ファイバーの先端に設けられた開口から近視野光を試料の表面に照射する。開口は、光ファイバーに導入される光の波長の回折限界以下の大きさを有しており、たとえば、100nm程度の直径である。プローブ先端に形成された開口と試料間の距離は、SPMの技術によって制御され、その値は開口の大きさ以下である。このとき、試料上での近視野光のスポット径は、開口の大きさとほぼ同じである。したがって、試料表面に照射する近視野光を走査することで、微小領域における試料の光学物性の観測を可能としている。
【０００５】
顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイバープローブを通して試料に向けて比較的強度の大きな光を導入させることにより、光ファイバープローブの開口にエネルギー密度の高い近視野光を生成し、その近視野光によって試料表面の構造または物性を局所的に変更させる高密度なメモリ装置としての応用も可能である。強度の大きな近視野光を得るために、プローブ先端の先端角を大きくすることが試みられている。
【０００６】
これら近視野光を利用したデバイスにおいて、開口の形成が最も重要である。開口の作製方法の一つとして、特許公報平5-21201に開示されている方法が知られている。この方法で、開口を形成するための試料として、先鋭化した光波ガイドに遮光膜を堆積したものを用いている。開口の作製方法は、遮光膜付きの先鋭化した光波ガイドを圧電アクチュエータによって良好に制御された非常に小さな押しつけ量で硬い平板に押しつけることによって、先端の遮光膜を塑性変形させている。
【０００７】
また、開口の形成方法として、特開平11-265520に開示されている方法がある。この方法において、開口を形成する対象は、平板上に集束イオンビーム（FIB）によって形成された突起先端である。開口の形成方法は、突起先端の遮光膜に、側面からFIBを照射し、突起先端の遮光膜を除去することによって行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許公報平5-21201の方法によれば、光波ガイド一本ずつしか開口を形成する事ができない。また、特許公報平5-21201の方法によれば、移動分解能が数nmの圧電アクチュエータによって押し込み量を制御する必要があるため、開口形成装置をその他の装置や空気などの振動による影響が少ない環境におかなくてはならない。また、光伝搬体ロッドが平板に対して垂直に当たるように調整する時間がかかってしまう。また、移動量の小さな圧電アクチュエータの他に、移動量の大きな機械的並進台が必要となる。さらに、移動分解能が小さな圧電アクチュエータをもちいて、押し込み量を制御するさいに、制御装置が必要であり、かつ、制御して開口を形成するためには数分の時間がかかる。したがって、開口作製のために、高電圧電源やフィードバック回路などの大がかりな装置が必要となる。また、開口形成にかかるコストが高くなる問題があった。
【０００９】
また、特開平11-265520の方法によれば、加工対象は平板上の突起であるが、FIBを用いて開口を形成しているため、一つの開口の形成にかかる時間が10分程度と長い。また、FIBを用いるために、試料を真空中におかなければならない。従って、開口作製にかかる作製コストが高くなる問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、遮光膜で覆われた錐状のチップの先端近傍に存在し、近視野光を照射及び検出する光学的な開口を形成するにあたり、前記チップと略同じ高さを有する複数のストッパーに接触している接触体の少なくとも一部が、外部の力により変位し、変位した前記接触体の少なくとも一部を前記チップの先端近傍の前記遮光膜に接触させることにより前記開口を形成することを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、本発明の光学的な開口の作製方法によれば、前記チップと略同じ高さを有するストッパーによって、前記接触体の変位が制御されるため、所定の力で平面を押すだけで簡単に光学的な開口を作製する事ができる。また、真空中、液中、大気中など様々な環境下で開口を作製することができる。また、光学的な開口を作製する際に特別な制御装置を必要としないため、光学的な開口を作製するための装置を単純化する事ができる。また、所定の力を与える時間を非常に短くすることが容易であり、開口作製にかかる時間を短くすることができるため、開口作製にかかるコストを低くすることができる。
【００１１】
また、前記ストッパーが前記錐状のチップの近傍に配置され、前記錐状のチップと前記ストッパーを同時に形成することを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、前記チップおよび前記ストッパーの高さの差を制御でき、かつ、高さの差を非常に小さくできるため、大きさが均一で、かつ、微小な光学的な開口を簡単に作製する事ができ、光学的な開口の作製歩留まりを向上させることが容易である。
【００１２】
また、前記錐状のチップの少なくとも一部が複数層の誘電体で構成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、開口近辺の誘電体材料をより高屈折率な材料とすることで、見かけ上カットオフ領域が狭くなり、高効率な開口を量産性よく作製することが可能となる。
【００１３】
また、前記錐状のチップの斜面の少なくとも一部が複数の異なる斜度を有することを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、開口に多くの光を集めることが可能となり、開口の高効率化が可能となる。またこの高効率な開口をシリコンプロセスにて一括で作製できることから、低コスト化が図れる。
【００１４】
また、前記錐状のチップの少なくとも一部が誘電体で構成され、前記チップの近傍に配置されたストッパーの少なくとも一部が、半導体もしくは金属で構成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、ストッパーの材料に加工性の優れた材料を選択することで、接触体と接触するストッパーの表面の平坦度及び表面粗さを小さくすることができることから、接触体とチップ頂点との距離をウェハ面内で均一にでき、形成される開口径を一定に保つことが可能となる。この結果、開口作製の歩留まりが向上し、開口形成の低コスト化が図れる。
【００１５】
また、前記錐状のチップおよび前記ストッパーが同一基板上に複数個形成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、同一基板上に形成された前記チップおよび前記ストッパーに、一括で前記力を加えることによって、一度に複数の前記チップに光学的な開口を形成することが可能であり、開口一つあたりの加工時間を非常に短くすることができ、結果として光学的な開口の作製コストを低くすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の開口の形成方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１から図３は、本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。図１に示す、ワーク1000は、基板４上に形成された透明層5、透明層5の上に形成された錐状のチップ１および尾根状のストッパー２、チップ１、ストッパー２および透明層5の上に形成された遮光膜３からなる。なお、ワーク1000において、透明層５は、必ずしも必要ではなく、その場合、遮光膜３は、チップ１、ストッパー２および基板４上に形成される。また、遮光膜３は、チップ1にだけ堆積されていてもよい。
【００１７】
チップ１の高さH1は、数mm以下であり、ストッパー２の高さH2は、数mm以下である。高さH1と高さH2の差は、1000nm以下である。チップ１とストッパー2の間隔は、数mm以下である。また、遮光膜３の厚さは、遮光膜３の材質によって異なるが、数10nmから数100nmである。
【００１８】
チップ１、ストッパー２および透明層５は、二酸化ケイ素やダイヤモンドなどの可視光領域において透過率の高い誘電体や、ジンクセレンやシリコンなどの赤外光領域において透過率の高い誘電体や、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどの紫外光領域において透過率の高い材料を用いる。また、チップ１の材料は、開口を通過する光の波長帯において少しでもチップ1を透過する材料であれば用いることができる。また、チップ１、ストッパー２および透明層５は、同一の材料で構成されても良いし、別々の材料で構成されても良い。遮光膜３は、たとえば、アルミニウム、クロム、金、白金、銀、銅、チタン、タングステン、ニッケル、コバルトなどの金属や、それらの合金を用いる。
【００１９】
図２は、開口を形成する方法において、チップ１上の遮光膜３を塑性変形させている状態を示した図である。図１で示したワーク1000の上に、チップ１および少なくともストッパー２の一部を覆い、かつ、少なくともチップ１およびストッパー２側が平面である板６を載せ、さらに板６の上には、押し込み用具７を載せる。押し込み用具７にチップ１の中心軸方向に力Ｆを加えることによって、板６がチップ１に向かって移動する。チップ１と板６との接触面積に比べて、ストッパー２と板６との接触面積は、数１００〜数万倍も大きい。したがって、与えられた力Ｆは、ストッパー2によって分散され、結果として板６の変位量は小さくなる。板6の変位量が小さいため、遮光膜３が受ける塑性変形量は非常に小さい。また、チップ１およびストッパー２は、非常に小さな弾性変形を受けるのみである。力Fの加え方は、所定の重さのおもりを所定の距離だけ持ち上げて、自由落下させる方法や、所定のバネ定数のバネを押し込み用具７に取り付け、所定の距離だけバネを押し込む方法などがある。板６が、遮光膜よりも堅く、チップ１およびストッパー２よりも柔らかい材料である場合、チップ１およびストッパー２が受ける力は、板６によって吸収されるため、板6の変位量がより小さくなり、遮光膜３の塑性変形量を小さくすることが容易となる。
【００２０】
図３は、力Ｆを加えた後に、板６および押し込み用具７を取り除いた状態を示した図である。遮光膜３の塑性変形量が非常に小さく、チップ１およびストッパー２が弾性変形領域でのみ変位しているため、チップ１の先端に開口８が形成される。開口８の大きさは、数nmからチップ１を通過する光の波長の回折限界程度の大きさである。なお、上記では、押し込み用具7とワーク1000の間に板６が挿入されていたが、板6を除去して直接押し込み用具７で押し込むことによっても同様に開口８を形成できることは、いうまでもない。開口８に光を導入するために、基板４をチップ１の形成面と反対側からエッチングすることによって透明体５またはチップ１の少なくとも一部を露出させて、開口８への光の導入口を形成する。また、基板４を透明材料103で構成することによって、光の導入口を形成する工程を省くことができるのは言うまでもない。
【００２１】
以上説明したように、本発明の開口作製方法によれば、ストッパー２によって板６の変位量を良好に制御することができ、かつ、板６の変位量を非常に小さくできるため、大きさが均一で小さな開口８をチップ１先端に容易に作製することができる。また、基板側から光を照射して、開口８から近視野光を発生させることができる。
【００２２】
次に、ワーク1000の製造方法を図４と図５を用いて説明する。図４は、基板材料１０４上に透明材料１０３を形成したのち、チップ用マスク101およびストッパー用マスク102を形成した状態を示している。図4(a)は上面図を示しており、図４(b)は、図４(a)のA-A'で示す位置における断面図を示している。透明材料１０３は、気相化学堆積法（CVD）やスピンコートによって基板材料１０４上に形成する。また、透明材料１０３は、固相接合や接着などの方法によっても基板材料１０４上に形成することができる。次に、透明材料１０３上にフォトリソグラフィ工程によって、チップ用マスク１０１及びストッパー用マスク１０２を形成する。チップ用マスク１０１とストッパー用マスク１０２は、同時に形成しても良いし、別々に形成しても良い。
【００２３】
チップ用マスク１０１およびストッパー用マスク１０２は、透明材料１０３の材質と次工程で用いるエッチャントによるが、フォトレジストや窒化膜などを用いる。透明材料１０３は、二酸化ケイ素やダイヤモンドなどの可視光領域において透過率の高い誘電体や、ジンクセレンやシリコンなどの赤外光領域において透過率の高い誘電体や、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどの紫外光領域において透過率の高い材料を用いる。
【００２４】
チップ用マスク101の直径は、たとえば数mm以下である。ストッパー用マスク102の幅Ｗ１は、たとえば、チップ用マスク１０１の直径と同じかそれよりも数10nm〜数μmだけ小さい。また、ストッパー用マスク１０２の幅Ｗ１は、チップ用マスク１０１の直径よりも数10nm〜数μmだけ大きくてもよい。また、ストッパー用マスク１０２の長さは、数10μｍ以上である。
【００２５】
図５は、チップ１およびストッパー２を形成した状態を示している。図５(a)は上面図であり、図５(b)は、図5(a)のA-A'で示す位置の断面図である。チップ用マスク１０１およびストッパー用マスク１０２を形成した後、ウエットエッチングによる等方性エッチングによってチップ１およびストッパー２を形成する。透明材料１０３の厚さとチップ１およびストッパー２の高さの関係を調整することによって、図１に示す透明層５が形成されたり、形成されなかったりする。チップ１の先端半径は、数nmから数100nmである。この後、遮光膜をスパッタや真空蒸着などの方法で堆積する事によって、図1に示すワーク1000を形成する事ができる。また、遮光膜３をチップ１にだけ堆積する場合、遮光膜３の堆積工程において、チップ１上に遮光膜が堆積するような形状を有するメタルマスクを乗せてスパッタや真空蒸着などを行う。また、ワーク1000のチップが形成された面の全面に遮光膜３を堆積した後、チップ１にだけ遮光膜３が残るようなフォトリソグラフィ工程を用いても、チップ1上にだけ遮光膜３を形成する事ができることは言うまでもない。
【００２６】
図６および図７は、上記で説明したワーク1000の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。なお、以下では、チップ用マスク１０１の直径が、ストッパー用マスク１０２の幅よりも小さい場合について説明する。図６は、図５(a)で説明した工程において、チップ１とストッパー２だけを示した図であり、図７は、図６中B-B'で示す位置のチップ１と、図６中C-C'で示す位置のストッパー２の断面図である。
図７(a)は、チップ１がちょうど形成された状態を示した図である。ストッパー用マスク１０２の幅は、チップ用マスク１０１の直径よりも大きいため、図７(a)の状態では、ストッパー２の上面には、平らな部分が残り、この平らな部分上にストッパー用マスク１０２が残っている。しかしながら、チップ用マスク１０１は、チップ１との接触面積が非常に小さくなるため、はずれてしまう。図７（ａ）の状態では、チップ１の高さＨ11とストッパー２の高さＨ22は、同じである。
図７(b)は、図７（ａ）の状態からさらにエッチングを進め、ストッパー２上面の平らな部分がちょうどなくなった状態を示している。図７(a)の状態からさらにエッチングを行うと、チップ用マスク１０１が無いチップ１の高さＨ111は、徐々に低くなっていく。一方、ストッパー用マスクが残っているストッパー２の高さＨ222は、H22と同じままである。ストッパー２の上面の平らな部分の幅は、徐々に狭くなり、断面形状は図７(b)に示すように、三角形になる。このときのチップ１とストッパー２の高さの差ΔＨは、チップ用マスク101の直径とストッパー用マスク１０２の幅の差、および、チップ１とストッパー２の先端角によって異なるが、おおよそ1000nm以下程度である。
図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態からさらにエッチングを進めた状態を示している。チップ１の高さＨ１１１１は、高さＨ１１１よりも低くなる。同様に、ストッパーＨ２２２２の高さも、高さＨ２２２よりも小さくなる。しかし、高さＨ１１１１と高さＨ２２２２の減少量は、同じであるため、チップ１とストッパー２の高さの差ΔＨは、変化しない。なお、ストッパー用マスク102の幅が、チップ用マスク101よりも小さい場合は、チップ１とストッパー２の高さの関係が逆になるだけである。また、チップ用マスク１０１とストッパー用マスク１０２が等しい場合は、チップ１とストッパー２の高さが等しくなることは言うまでもない。
【００２７】
本発明のワーク１０００の作製方法によれば、フォトリソグラフィ工程によってチップ１とストッパー２の高さの差ΔＨを良好に制御することができる。したがって、図１から図３で説明した開口作製方法において、板６の変位量を良好に制御することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、チップ１とストッパー２の高さを良好に制御することができ、かつ、ストッパー２を設けることによって板６の変位量を小さくすることができるため、分解能の高いアクチュエータを用いなくても、大きさが均一で微小な開口８をチップ１先端に形成する事が容易である。我々の実験では、手に持ったハンマーなどで、押し込み用具７を叩くだけで直径１００nm以下の開口８を形成する事ができた。また、チップ１とストッパー２の高さが良好に制御されるため、開口８の作製歩留まりが向上した。また、本発明の実施の形態１で説明したワーク1000は、フォトリソグラフィ工程によって作製可能なため、ウエハなどの大きな面積を有する試料に、複数個作製することが可能であり、力Ｆを一定にすることによって複数個作製されたワーク１０００それぞれに対して均一な開口径の開口８を形成する事ができる。また、力Ｆの大きさを変えることが非常に簡単なため、複数個作製されたワーク1000に対して個別に開口径の異なる開口８を形成する事が可能である。また、単純に力Ｆを加えるだけで開口8が形成されるため、開口作製にかかる時間は数秒から数10秒と非常に短い。また、本発明の実施の形態１によれば、加工雰囲気を問わない。従って、大気中で加工する事が可能でありすぐに光学顕微鏡などで加工状態を観察できる。また、走査型電子顕微鏡中で加工することによって、光学顕微鏡よりも高い分解能で加工状態を観察することも可能である。また、液体中で加工することによって、液体がダンパーの役目をするため、より制御性の向上した加工条件が得られる。
また、ワーク１０００が複数個作製された試料に対して、一括で力Ｆを加えることによって、開口径のそろった開口８を一度に複数個作製する事も可能である。一括で加工する場合、ウエハ一枚あたりのワーク1000の数にもよるが、開口1個あたりの加工時間は、数100ミリ秒以下と非常に短くなる。
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る開口の形成方法について説明した図であり、本実施の形態２において、開口を先端に形成したチップ８１の材料とストッパー８２の材料とは異なっている。ここで、可視光帯域において非常に透過率が高い酸化珪素でチップ８１を構成する場合、ストッパー８２を、例えば単結晶シリコンで構成する。単結晶シリコンは酸化珪素に比べ切削や研磨などの機械加工の加工性が比較的良く、ストッパー８２の材料に酸化珪素ではなく単結晶シリコンを選択することで、押し当て治具と接触するストッパー８２の上面を表面粗さを小さく加工でき、且つ平坦度を向上させることも可能である。実際、通常のウェハ平坦化加工に用いられるラッピング加工において、単結晶シリコンと硝子との平坦度及び表面粗さを比較すると、表面粗さ（いわゆるRa）については、単結晶シリコンが1nm以下の大きさに対し、硝子（例えば石英）が３〜５nmと大きくなる。また、平坦度（いわゆるLTV）に関しても、単結晶シリコンが２μｍなのに対し、硝子は５μｍ程度の大きさとなる（ともに直径４インチウェハでの比較）。このことから、ストッパー８２の材料に酸化珪素を用いた場合、平坦度が単結晶シリコンに比べ比較的大きいことから、押し当て治具をストッパー８２上に載せたときに、押し当て治具とストッパー８２の上面が接触している点と接触していない点とが顕著に現れ、押し当て治具がストッパー８２と接している点の高さとストッパー８２の高さとにずれが生じ、たとえチップ８１とストッパー８２の一部の高さを正確に制御できていても、押し当て治具とチップ頂点との距離がばらつき、一定の力を押し当て治具に加えたとしても開口８３のサイズにばらつきが生じる。また、表面粗さに関しても酸化珪素の場合、３〜５nmと大きいため、この大きさに応じた開口８３のサイズのばらつきも生じる。これに対し、加工性の良い単結晶シリコンをストッパー８２の材料として使用した場合は、表面粗さ或いは平坦度が向上することから、ウェハ全面においてチップ頂点と押し込み治具との距離を均一に保つことが可能となり、一定の力を押し込み治具に加えることで均一な開口形状を作製することが可能となる。これにより、開口作製の歩留まりが向上し、結果、デバイス作製に係るコストが低減する。また、このような開口を、近視野光を利用した高密度光メモリ用のヘッドのように、ストッパー８２が最終的にデバイスの一部に残る場合、このストッパー８２の材料を単結晶シリコンにすることで、ストッパー内において光の減衰がおき、ストッパー８２の上面からの漏れ光を低減することができる。近視野光メモリの場合、開口以外からの漏れ光は、ノイズの大きな原因となることから、ストッパーに単結晶シリコンを使用することで、信号のＳＮ比を大きく向上させることが可能となり、高密度近視野光メモリで高速化やSN比向上のために必要な部品の削除による低コスト化が実現する。
次に、図８で説明した実施の形態２に係わる開口作製方法の一例を示す。図９では、ストッパー面を形成するところの工程を示す。
まず、基板８４の材料として単結晶シリコン基板を選択する（P９1）。基板の種類は、いわゆるｎ型でもｐ型でも良い。また、面方位も（１００）、（１１０）、（１１１）等どの方位を選択しても構わない。もちろん比抵抗についても問わない。
次に、P９2のように、この単結晶シリコン基板をエッチングし、表面に凹凸を形成する。この凹凸が後にストッパー８２の形として現れる。ここでのエッチング量は、チップ８１の高さより若干高めに設定する。例えばチップの高さを１０μｍ程度に設定した場合、１２〜１５μｍ程度に設定しておく。エッチングでは、半導体プロセスで使用されるフォトリソグラフィ工程にて、マスクパターンを形成し、選択的エッチングにて単結晶シリコンをエッチングする。その後、マスク材を剥離し、単結晶シリコンの表面に凹凸を形成する。このときのマスク材には、フォトレジストや酸化珪素、あるいは窒化珪素等を使用する。酸化珪素、窒化珪素をマスク材として使用するときは、単結晶シリコン基板上にその材料を積層し、フォトリソグラフィ工程にて形成したフォトレジストのパターンに合わせ、酸化珪素及び窒素珪素を加工することで、マスクパターンは形成される。エッチングには、反応性イオンエッチングに代表されるいわゆる乾式エッチングを使用する。乾式エッチングを使用することで、マスクパターンの形状を転写することが可能となり、垂直に加工することや任意の斜度を持たせることも可能となる。乾式エッチングで使用するガスとして、SF6、CF4、CHF3、C2H4等を用いる。乾式エッチングに限らず、湿式エッチングを用いることも可能である。この場合、単結晶シリコン基板には面方位が（１００）の基板を選択する。（１００）基板の（１１０）方向に対し水平なマスクパターンを形成し、単結晶シリコンに対し異方性のエッチングレート特性を有するエッチャント（例えば水酸化カリウムやTMAH）にてエッチングを施すと、（１１１）面へのエッチングレートが他の面方位に比べ極端に小さいことから、（１１１）面が斜面を形成するようにエッチングが進行する。この（１１１）面は、（１００）面に対し、５４．７°の開き角を有し、この一定角を有する凹凸が（１００）単結晶シリコン基板表面に形成される。この特性を利用し、P９2のような形状を作製できる。この湿式エッチングを用いるときのマスク材には、耐エッチャント性の高い材料、例えば酸化珪素或いは窒化珪素、を使用する。
次に、P９3のように、チップ材料８５を単結晶シリコンの凹凸上に積層する。チップ材料に酸化珪素を選択したときは、TEOS等の酸化珪素材料を含んだソースからのガスをプラズマあるいは熱、または光を用いた分解反応による気相積層法にて堆積させる。この方法は、通常真空状態で行われ、不純物が少なく純度の高い酸化珪素の堆積が可能である。あるいは、水硝子のような酸化珪素を含んだ液体を表面に塗布し、溶媒を蒸発させることで堆積させても良い。堆積させる量は、P９2にてエッチングした深さ以上の厚みにする。
次に、P９4のように、凹凸な表面を研削および研磨し、平坦化する。この平坦化の作業は、単結晶シリコン基板の凸部が表面に現れるまで行われる。この研磨加工において、脆く、堅い酸化珪素に比べ、単結晶シリコンが加工しやすい材料であるため、加工面に現れた単結晶シリコンの表面は、酸化珪素の表面に比べ、面内での平坦度及び表面粗さが小さくなる。
続いて、図１０にてチップを形成する工程を示す。
まず、P９5のように、チップ形成のためのマスクパターン８６を研磨した酸化珪素表面に形成する。マスク材料には感光性フォトレジストを使用し、半導体プロセスのフォトリソグラフィ技術を用いることで寸法精度の高いマスクパターン８６の形成が可能である。酸化珪素との密着性を考慮し、ネガ性のレジストを使用する方が好ましいが、もちろんポジ性のレジストを使用しても構わない。レジストの厚みは、厚みばらつきを容易に制御できる１μｍ程度が適切である。
次に、P９6のように、酸化珪素をエッチングし、チップ８１の形状を作製する。チップ８１は、高さの低い台形から、高さがだんだんと高くなるとともに、上辺が短くなっていき、その後図のように三角形のチップ８１となる。この台形から三角形になったときには、チップ８１の頂点の高さがストッパー８２の高さと一致しており、このときエッチングを終了する。エッチングには湿式のエッチングを用いても、乾式のエッチングを用いても構わない。湿式のエッチングでは、エッチャントとして、バッファーふっ酸（弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合液）を使用し、アンダーエッチング量のコントロールにより任意のチップを形成する。乾式のエッチングでは、ガス種、流量の選択、プラズマのRFパワー、真空度がそれぞれ微妙にチップ形状に影響する。乾式のエッチングにおいても、弗化ガスや塩化ガスによる化学反応を利用したエッチングを用いても良いし、スパッタのような物理反応を利用したエッチングを用いても良い。チップ下に残った酸化珪素を導波路として機能させ、その導波路からチップを伝わって開口へと光を供給する。また、チップ下の酸化珪素がエッチング後にほとんど残らなかった場合には、基板となる単結晶シリコンにチップに向かって貫通した穴を開け、開口に光を供給することも可能である。
次に、P９7のように、酸化珪素のエッチング時に使用したマスクを除去する。マスク材にフォトレジストを用いたときは、専用の剥離液を使用しても、硝酸や硫酸などで分解除去しても構わない。もちろん、アセトン等の有機溶剤で溶かして除去しても構わない。
次に、P９8のように、チップを遮光する金属膜８７をチップ側表面全体に積層する。積層する方法として、真空蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法、あるいはめっき法等を用いる。薄く、均一に積層でき、グレインを小さく抑えることができることから、真空蒸着法を主に使用する。この積層法により、１００ｎｍから１μｍ程度の範囲において、任意の厚みに積層する。積層する材料は、アルミニウム、金、銀、銅、白金、チタン、タングステン、クロム、およびそれらの合金が主要材料であるが、密着性を良くするためやグレインを抑えるために、微量であるがシリコンのような不純物を含ませる場合もある。
最後に、P９9のように、実施の形態１で説明した方法にて、チップ頂点に光学的開口８３を形成する。ここでは、その詳細は省略する。
このようにして、チップ８１を酸化珪素で、ストッパー８２を単結晶シリコンで構成した場合の開口形成方法が可能となる。
このように実施の形態２における開口形成方法により、ストッパー表面の平坦度や表面粗さを向上させることが可能となり、開口形成の歩留まりが向上し、開口形成のコスト低減が実現する。よって、この形成方法で作製した開口を有するデバイスの低価格化が実現する。
ここまでは、ストッパー８２の材料として単結晶シリコンを使用した場合について説明してきたが、その他の材料を用いても構わない。例えば、ストッパー８２では光を透過させる必要はなく、遮光する材料、例えば金属やそれらの合金がストッパー８２の一部および全体を構成していても構わない。その場合の作製方法は、基板自体にその材料を使用しても構わないし、あるいは別の基板上にその材料を堆積させ、単結晶シリコンを加工したのと同様にその材料を加工することで、同様の構成を作製すること勿論可能であるので、詳細は省略する。
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係わる開口の形成方法について説明した図である。本実施の形態においては、チップ１１１及びストッパー１１２が、透過性の高い２層の異なる酸化珪素で構成されている。本構成の開口形成方法においては、実施の形態１の開口形成方法と同様に、エッチングによりチップ１１１とストッパー１１２を同時に作製する。ところが、チップ１１１とストッパー１１２がことなる材料で２層に形成されていることから、その異なる材料でエッチングのレートに差があり、上層と下層ではそのテーパ角が異なる。例えば、図１１の例でいえば、下層１１８の材料は、上層１１９の材料よりエッチングレートが早いため、下層１１８は鋭い角度でチップが形成されていくが、上層１１９はエッチングレートが遅いため、頂角が鈍角のチップ１１１とストッパー１１２が形成される。この結果、下層１１８が上層１１９に比べテーパ角が大きい２段のチップ１１１とストッパー１１２が形成させる。
【００２８】
図１２は、２段のチップ部を拡大した図であり、頂点には開口１１３が形成されている。この図を用いて２段に形成されたチップの光学的な効果を説明する。はじめに、図１３で１段テーパのチップ内での光伝搬の様子を説明する。開口１２０へ向かってくる光は、ある角度をもってテーパ内に入射する。その一部は直接開口１２０へと照射されるが、そのほとんどはテーパ部の金属膜１２１により反射され、その方向はテーパの角度が一定なことからほぼ同一の角度にて反射される。よって、テーパで反射された光は、チップ内で反射を繰り返し、開口１２０へ到達することはまずない。このようにチップ内で反射を繰り返す光は別の反射された光と干渉を起し、チップ内のある領域において、光強度の強い点が発生する。この点では、開口部での強度の十倍以上となることがある。
【００２９】
この光の強い点に開口を位置づけることで、開口からの光強度を増加させることができる。２段のテーパをもつチップによりこれを実現した。図１２を用いてその様子を説明する。直接開口１１３へ向かってくる光は、１段テーパのときと変わらないが、金属膜１１７で反射した光の一部は開口方向へと反射される。例えば、図１２のように下層の金属膜１１７で反射した光は、テーパ角が異なる上層で形成せれた開口方向へと反射される光が存在する。また、下層の金属膜１１７で反射したまた別の光は、上層の金属膜１１７でさらに反射され、開口近辺へと反射される。このような原理から、光の入射する角度と、下層のテーパ角、上層のテーパ角と厚みを調整することで、チップ内での開口部と離れた位置に存在した光強度の大きい点を開口近辺に位置づけることが可能となり、開口からの光量が増加する。つまり、開口部の光利用効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
図１４と図１５を用いて図１１で説明した実施の形態３に係わる開口作製方法の一例を示す。
【００３１】
まず、図１４では、チップおよびストッパーとなる材料である誘電体を積層する工程を説明する。
【００３２】
はじめに、P141のように、基板１１４上に導波路１１５として機能する材料を積層させる。基板１１４には、単結晶シリコンやガリウム砒素基板、硝子材基板などを使用し、導波路１１５には、可視光帯域にて透過率の高い酸化珪素や窒化珪素、ダイヤモンド薄膜等を使用し、プラズマ、熱、光等による化学分解反応を利用した気相真空積層法にて堆積させる。この導波路１１５によりチップ１１１および開口１１３に光を供給できる。導波路１１５は必ずしも形成する必要はなく、その場合、チップへの光の供給は、直接基板１１４から行ったり、あるいは、基板自体にチップまで貫通した穴を開け、その穴を通して行っても良い。そこで、基板１１４に透過率の高い材料を用いた場合には、その基板自体が導波路の役割を担う場合がある。
【００３３】
次に、P142とP143のように、２層の異なるチップ材料を積層させる。例えば、上層１１９に酸化珪素、下層１１８にフッ素をドープした酸化珪素を用いることで図１１のような２段テーパのチップ１１１及びストッパー１１２の作製は可能である。酸化珪素は、TEOSソースのプラズマCVD法にて積層でき、この条件に、CF4ガスを混入させることで、フッ素ドープした酸化珪素をを積層できる。ここで、酸化珪素にドープする材料は、フッ素に限らず、ガリウム、ボロン、リン等、他の材料を用いても構わない。これら、酸化珪素中に不純物を混入させることで、エッチング速度を変化させることができる。
【００３４】
続いて、図１５にて、チップ及びストッパーを形成する工程について説明する。
【００３５】
まず、P144のように、堆積した酸化珪素上に半導体プロセスのフォトリソグラフィ技術を用いてチップとストッパー形成用のマスクパターン１１６をフォトレジストで形成する。スピンコートにて面内１μｍ程度の厚みに均一に塗布したレジストを別途設けたフォトマスクパターンを用いて、必要な個所だけ露光し、専用の現像液にて溶解することで、必要なパターン形状が容易に得られる。
【００３６】
次に、P145とP146のように、酸化珪素をエッチングし、チップ１１１とストッパー１１２を形成する。エッチングは、チップが形成するまで中断なしで連続的に行われる。まず、上層１１９のエッチングが終了した時点での断面図をP145に示す。チップはまだ台形形状をしており、チップ及びストッパーの斜面は１段のテーパ角でしかない。さらにエッチングを進行させ、チップエッチングが終了した時点の断面図をP146に示す。上層１１９と異なる材料の下層１１８をエッチングしたことから、エッチングレートが上がり、斜面の角度に変化が生じた。その結果、２段のテーパ角を持つチップ１１１とストッパー１１２が形成された。この場合も、チップ形状が台形から三角形に移るときにエッチングを終了させ、スライダー高さとチップ高さを一致させている。
【００３７】
次に、P147のように、エッチング用のマスクを剥離し、チップ１１１とストッパー１１２の表面をきれいに洗浄する。
【００３８】
次に、P148のように、金属膜１１７、例えばアルミニウム、金、チタン、白金等をチップ及びストッパー上に積層させる。
【００３９】
最後に、P149のように、実施の形態１で説明した方法にて、チップ頂点に光学的開口１１３を形成する。ここでは、その詳細は省略する。
【００４０】
このように実施の形態３における開口形成方法により、シリコンプロセスを用いて量産性良く高効率な開口が作製でき、コスト低減が実現する。このような開口部の光利用効率の向上により、この形成方法で作製した開口をもつプローブを使用した近視野光顕微鏡においては、より高分解能な光測定においても、精度よく観察することができる。また、この開口から発生する近視野光を利用することで、高分解能な光加工が実現する。また、高分解能な光学分析が可能となる。また、この形成方法で作製した開口を利用した高密度用光メモリにおいては、SN比が向上することから、高速化を図れる。また、光源の出力を抑えても十分に記録および再生できることから、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化が図れ、メモリ装置においても、同様に、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化の効果が図れる。
【００４１】
ここまでは、チップ１１１とストッパー１１２の下層１１８にエッチングレートの早い材料を、上層１１９にエッチングレートの遅い材料を選択した場合の説明をしたが、上層１１９にエッチングの早い材料を、下層１１８にエッチングの遅い材料を選択しても構わない。この場合、頂角が鋭く切り立つような形状となるが、入射する光の角度と上層１１９及び下層１１８の角度や厚みを調整することで、図１２のような光学的な効果を導き出すことは可能である。また、チップ頂角が小さくなることで、任意の大きさの開口を形成するときの押し込み範囲が広がり、開口形成の歩留まりが向上し、製造コストの削減が実現する。
【００４２】
また、上層と下層とでエッチングレートに差が無く、チップ形状が１段となった場合でも、特に上層に高屈折率材料を選択した場合に、屈折率ｎの材料内での光の波長が見かけ上空気中での波長の1/nとして振舞うことから、開口近辺のカットオフ領域が狭くなることの光学的な効果により、開口からの光量を増加させることが可能となる。また、これと同様の効果は、図１６のような構成においても発揮される。この図１６では、チップおよびストッパーが形成された後に、その上面に高屈折率材料１６１を薄く積層させた図であり、開口１６３が実施の形態１で説明した作製方法にて形成されている。この場合にも、チップ形状は１段であるが、開口近辺では高屈折材料１６１によりカットオフ領域が狭くなり、開口での高光利用効率化が図れる。
【００４３】
また、ここまでは、２層の異なる酸化珪素の場合について説明したが、２層に限らず、３層または４層、それ以上の複数の異なる材料で形成されたチップ及びストッパーを使用しても構わない。また、また、酸化珪素に限らず、窒化珪素やカーボン系の透明材料（ダイヤモンド等）をチップ及びストッパーの材料として使用しても構わない。また、２層の異なる材料として、例えば酸化珪素と窒化珪素を用いても同様の形状が可能であり、同様の効果を発揮する。
【００４４】
【発明の効果】
チップ１とストッパー２の高さ、および、力Ｆを制御する事によって、分解能の高いアクチュエータを用いなくても、簡単に開口８を形成する事ができる。また、チップ１とストッパー２の高さが良好に制御されるため、開口８の作製歩留まりが向上した。また、本発明の実施の形態１で説明したワーク1000は、フォトリソグラフィ工程によって作製可能なため、ウエハなどの大きな面積を有する試料に、複数個作製することが可能であり、力Ｆを一定にすることによって複数個作製されたワーク１０００それぞれに対して均一な開口径の開口８を形成する事ができる。また、力Ｆの大きさを変えることが非常に簡単なため、複数個作製されたワーク1000に対して個別に開口径の異なる開口８を形成する事が可能である。また、単純に力Ｆを加えるだけで開口が形成されるため、開口作製にかかる時間は数10秒以下と非常に短い。また、本発明の実施の形態１によれば、加工雰囲気を問わない。従って、大気中で加工する事が可能でありすぐに光学顕微鏡などで加工状態を観察できる。また、走査型電子顕微鏡中で加工することによって、光学顕微鏡よりも高い分解能で加工状態を観察することも可能である。また、液体中で加工することによって、液体がダンパーの役目をするため、より制御性の向上した加工条件が得られる。
また、ワーク１０００が複数個作製された試料に対して、一括で力Ｆを加えることによって、開口径のそろった開口８を一度に複数個作製する事も可能である。一括で加工する場合、ウエハ一枚あたりのワーク1000の数にもよるが、開口1個あたりの加工時間は、数100ミリ秒以下と非常に短くなる。
【００４５】
また、ストッパーをチップと異なる加工性の優れた材料で構成することで、ストッパー上面の平坦度や表面粗さを向上させることが可能となる。これにより、押し当て治具とチップ頂点との距離をウェハ面内で一定に保持することが可能となり、押し当て治具に加える一定の力により、形成される開口径も一定となる。この結果、狙った径の開口を容易に作製できるとともに、開口形成の歩留まりが向上し、開口形成のコスト低減が実現する。よって、この形成方法で作製した開口を有するデバイスの低価格化が実現する。
【００４６】
また、異なるテーパ角を有する複数の斜度で形成されたチップを用いて開口を形成することで、シリコンプロセスを用いて量産性良く高効率な開口が作製でき、コスト低減が実現する。この形成方法で作製した高効率な開口をもつプローブを使用した近視野光顕微鏡においては、より高分解能な光測定においても、精度よく観察することが可能となる。また、この高効率な開口から発生する近視野光を利用することで、高分解能な光加工が実現する。さらに、高分解能な光学分析が可能となる。また、この形成方法で作製した高効率な開口を利用した高密度用近視野光メモリにおいては、SN比が向上することから、高速化を図れる。また、光電変換率の低い検出器を用いても再生できることから、装置の低価格化が実現する。また、光源の出力を抑えても十分に記録および再生できることから、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化が図れ、メモリ装置全体においても、同様に、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化の効果が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図４】ワーク１０００の製造方法について説明した図である。
【図５】ワーク１０００の製造方法について説明した図である。
【図６】ワーク1000の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。
【図７】ワーク1000の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係わる開口作製方法の一例におけるストッパー形成工程を説明した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係わる開口作製方法の一例におけるチップ形成工程を説明した図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係わる開口の形成方法について説明した図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係わる２段のチップ部を拡大した図である。
【図１３】１段テーパのチップ内での光伝搬の様子を説明した図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係わる開口作製方法の一例における誘電体積層工程を説明した図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係わる開口作製方法の一例におけるチップ及びストッパー形成工程を説明した図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る開口の形成方法について説明した図である。
【符号の説明】
１ チップ
２ ストッパー
３ 遮光膜
４ 基板
５ 透明層
６ 板
７ 押し込み用具
８ 開口
１０１ チップ用マスク
１０２ ストッパー用マスク
１０３ 透明材料
１０４ 4基板材料
１０００ ワーク
Ｆ 力
Ｈ１ チップの高さ
Ｈ２ ストッパーの高さ
８１、１１１ チップ
８２、１１２ ストッパー
８３、１１３、１２０、１６３ 開口
８４、１１４ 基板
８５ チップ材料
８６、１１６ マスクパターン
８７、１１７、１２１ 金属膜
１１５ 導波路
１１８ 下層
１１９ 上層
１６１ 高屈折材料
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学的な開口の作製方法に関するものである。特に近視野光を照射・検出する近視野光デバイスに用いる開口の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料表面においてナノメートルオーダの微小な領域を観察するために走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に代表される走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が用いられている。ＳＰＭは、先端が先鋭化されたプローブを試料表面に走査させ、プローブと試料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を観察対象として、プローブ先端形状に依存した分解能の像を得ることができるが、比較的、観察する試料に対する制約が厳しい。
【０００３】
そこでいま、試料表面に生成される近視野光とプローブとの間に生じる相互作用を観察対象とすることで、試料表面の微小な領域の観察を可能にした近視野光学顕微鏡（SNOM）が注目されている。
【０００４】
近視野光学顕微鏡においては、先鋭化された光ファイバーの先端に設けられた開口から近視野光を試料の表面に照射する。開口は、光ファイバーに導入される光の波長の回折限界以下の大きさを有しており、たとえば、100nm程度の直径である。プローブ先端に形成された開口と試料間の距離は、SPMの技術によって制御され、その値は開口の大きさ以下である。このとき、試料上での近視野光のスポット径は、開口の大きさとほぼ同じである。したがって、試料表面に照射する近視野光を走査することで、微小領域における試料の光学物性の観測を可能としている。
【０００５】
顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイバープローブを通して試料に向けて比較的強度の大きな光を導入させることにより、光ファイバープローブの開口にエネルギー密度の高い近視野光を生成し、その近視野光によって試料表面の構造または物性を局所的に変更させる高密度なメモリ装置としての応用も可能である。強度の大きな近視野光を得るために、プローブ先端の先端角を大きくすることが試みられている。
【０００６】
これら近視野光を利用したデバイスにおいて、開口の形成が最も重要である。開口の作製方法の一つとして、特許公報平5-21201に開示されている方法が知られている。この方法で、開口を形成するための試料として、先鋭化した光波ガイドに遮光膜を堆積したものを用いている。開口の作製方法は、遮光膜付きの先鋭化した光波ガイドを圧電アクチュエータによって良好に制御された非常に小さな押しつけ量で硬い平板に押しつけることによって、先端の遮光膜を塑性変形させている。
【０００７】
また、開口の形成方法として、特開平11-265520に開示されている方法がある。この方法において、開口を形成する対象は、平板上に集束イオンビーム（FIB）によって形成された突起先端である。開口の形成方法は、突起先端の遮光膜に、側面からFIBを照射し、突起先端の遮光膜を除去することによって行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許公報平5-21201の方法によれば、光波ガイド一本ずつしか開口を形成する事ができない。また、特許公報平5-21201の方法によれば、移動分解能が数nmの圧電アクチュエータによって押し込み量を制御する必要があるため、開口形成装置をその他の装置や空気などの振動による影響が少ない環境におかなくてはならない。また、光伝搬体ロッドが平板に対して垂直に当たるように調整する時間がかかってしまう。また、移動量の小さな圧電アクチュエータの他に、移動量の大きな機械的並進台が必要となる。さらに、移動分解能が小さな圧電アクチュエータをもちいて、押し込み量を制御するさいに、制御装置が必要であり、かつ、制御して開口を形成するためには数分の時間がかかる。したがって、開口作製のために、高電圧電源やフィードバック回路などの大がかりな装置が必要となる。また、開口形成にかかるコストが高くなる問題があった。
【０００９】
また、特開平11-265520の方法によれば、加工対象は平板上の突起であるが、FIBを用いて開口を形成しているため、一つの開口の形成にかかる時間が10分程度と長い。また、FIBを用いるために、試料を真空中におかなければならない。従って、開口作製にかかる作製コストが高くなる問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、遮光膜で覆われた錐状のチップの先端近傍に存在し、近視野光を照射及び検出する光学的な開口を形成するにあたり、前記チップと略同じ高さを有する複数のストッパーに接触している接触体の少なくとも一部が、外部の力により変位し、変位した前記接触体の少なくとも一部を前記チップの先端近傍の前記遮光膜に接触させることにより前記開口を形成することを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、本発明の光学的な開口の作製方法によれば、前記チップと略同じ高さを有するストッパーによって、前記接触体の変位が制御されるため、所定の力で平面を押すだけで簡単に光学的な開口を作製する事ができる。また、真空中、液中、大気中など様々な環境下で開口を作製することができる。また、光学的な開口を作製する際に特別な制御装置を必要としないため、光学的な開口を作製するための装置を単純化する事ができる。また、所定の力を与える時間を非常に短くすることが容易であり、開口作製にかかる時間を短くすることができるため、開口作製にかかるコストを低くすることができる。
【００１１】
また、前記ストッパーが前記錐状のチップの近傍に配置され、前記錐状のチップと前記ストッパーを同時に形成することを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、前記チップおよび前記ストッパーの高さの差を制御でき、かつ、高さの差を非常に小さくできるため、大きさが均一で、かつ、微小な光学的な開口を簡単に作製する事ができ、光学的な開口の作製歩留まりを向上させることが容易である。
【００１２】
また、前記錐状のチップの少なくとも一部が複数層の誘電体で構成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、開口近辺の誘電体材料をより高屈折率な材料とすることで、見かけ上カットオフ領域が狭くなり、高効率な開口を量産性よく作製することが可能となる。
【００１３】
また、前記錐状のチップの斜面の少なくとも一部が複数の異なる斜度を有することを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、開口に多くの光を集めることが可能となり、開口の高効率化が可能となる。またこの高効率な開口をシリコンプロセスにて一括で作製できることから、低コスト化が図れる。
【００１４】
また、前記錐状のチップの少なくとも一部が誘電体で構成され、前記チップの近傍に配置されたストッパーの少なくとも一部が、半導体もしくは金属で構成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、ストッパーの材料に加工性の優れた材料を選択することで、接触体と接触するストッパーの表面の平坦度及び表面粗さを小さくすることができることから、接触体とチップ頂点との距離をウェハ面内で均一にでき、形成される開口径を一定に保つことが可能となる。この結果、開口作製の歩留まりが向上し、開口形成の低コスト化が図れる。
【００１５】
また、前記錐状のチップおよび前記ストッパーが同一基板上に複数個形成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。したがって、同一基板上に形成された前記チップおよび前記ストッパーに、一括で前記力を加えることによって、一度に複数の前記チップに光学的な開口を形成することが可能であり、開口一つあたりの加工時間を非常に短くすることができ、結果として光学的な開口の作製コストを低くすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の開口の形成方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１から図３は、本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。図１に示す、ワーク1000は、基板４上に形成された透明層5、透明層5の上に形成された錐状のチップ１および尾根状のストッパー２、チップ１、ストッパー２および透明層5の上に形成された遮光膜３からなる。なお、ワーク1000において、透明層５は、必ずしも必要ではなく、その場合、遮光膜３は、チップ１、ストッパー２および基板４上に形成される。また、遮光膜３は、チップ1にだけ堆積されていてもよい。
【００１７】
チップ１の高さH1は、数mm以下であり、ストッパー２の高さH2は、数mm以下である。高さH1と高さH2の差は、1000nm以下である。チップ１とストッパー2の間隔は、数mm以下である。また、遮光膜３の厚さは、遮光膜３の材質によって異なるが、数10nmから数100nmである。
【００１８】
チップ１、ストッパー２および透明層５は、二酸化ケイ素やダイヤモンドなどの可視光領域において透過率の高い誘電体や、ジンクセレンやシリコンなどの赤外光領域において透過率の高い誘電体や、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどの紫外光領域において透過率の高い材料を用いる。また、チップ１の材料は、開口を通過する光の波長帯において少しでもチップ1を透過する材料であれば用いることができる。また、チップ１、ストッパー２および透明層５は、同一の材料で構成されても良いし、別々の材料で構成されても良い。遮光膜３は、たとえば、アルミニウム、クロム、金、白金、銀、銅、チタン、タングステン、ニッケル、コバルトなどの金属や、それらの合金を用いる。
【００１９】
図２は、開口を形成する方法において、チップ１上の遮光膜３を塑性変形させている状態を示した図である。図１で示したワーク1000の上に、チップ１および少なくともストッパー２の一部を覆い、かつ、少なくともチップ１およびストッパー２側が平面である板６を載せ、さらに板６の上には、押し込み用具７を載せる。押し込み用具７にチップ１の中心軸方向に力Ｆを加えることによって、板６がチップ１に向かって移動する。チップ１と板６との接触面積に比べて、ストッパー２と板６との接触面積は、数１００〜数万倍も大きい。したがって、与えられた力Ｆは、ストッパー2によって分散され、結果として板６の変位量は小さくなる。板6の変位量が小さいため、遮光膜３が受ける塑性変形量は非常に小さい。また、チップ１およびストッパー２は、非常に小さな弾性変形を受けるのみである。力Fの加え方は、所定の重さのおもりを所定の距離だけ持ち上げて、自由落下させる方法や、所定のバネ定数のバネを押し込み用具７に取り付け、所定の距離だけバネを押し込む方法などがある。板６が、遮光膜よりも堅く、チップ１およびストッパー２よりも柔らかい材料である場合、チップ１およびストッパー２が受ける力は、板６によって吸収されるため、板6の変位量がより小さくなり、遮光膜３の塑性変形量を小さくすることが容易となる。
【００２０】
図３は、力Ｆを加えた後に、板６および押し込み用具７を取り除いた状態を示した図である。遮光膜３の塑性変形量が非常に小さく、チップ１およびストッパー２が弾性変形領域でのみ変位しているため、チップ１の先端に開口８が形成される。開口８の大きさは、数nmからチップ１を通過する光の波長の回折限界程度の大きさである。なお、上記では、押し込み用具7とワーク1000の間に板６が挿入されていたが、板6を除去して直接押し込み用具７で押し込むことによっても同様に開口８を形成できることは、いうまでもない。開口８に光を導入するために、基板４をチップ１の形成面と反対側からエッチングすることによって透明体５またはチップ１の少なくとも一部を露出させて、開口８への光の導入口を形成する。また、基板４を透明材料103で構成することによって、光の導入口を形成する工程を省くことができるのは言うまでもない。
【００２１】
以上説明したように、本発明の開口作製方法によれば、ストッパー２によって板６の変位量を良好に制御することができ、かつ、板６の変位量を非常に小さくできるため、大きさが均一で小さな開口８をチップ１先端に容易に作製することができる。また、基板側から光を照射して、開口８から近視野光を発生させることができる。
【００２２】
次に、ワーク1000の製造方法を図４と図５を用いて説明する。図４は、基板材料１０４上に透明材料１０３を形成したのち、チップ用マスク101およびストッパー用マスク102を形成した状態を示している。図4(a)は上面図を示しており、図４(b)は、図４(a)のA-A'で示す位置における断面図を示している。透明材料１０３は、気相化学堆積法（CVD）やスピンコートによって基板材料１０４上に形成する。また、透明材料１０３は、固相接合や接着などの方法によっても基板材料１０４上に形成することができる。次に、透明材料１０３上にフォトリソグラフィ工程によって、チップ用マスク１０１及びストッパー用マスク１０２を形成する。チップ用マスク１０１とストッパー用マスク１０２は、同時に形成しても良いし、別々に形成しても良い。
【００２３】
チップ用マスク１０１およびストッパー用マスク１０２は、透明材料１０３の材質と次工程で用いるエッチャントによるが、フォトレジストや窒化膜などを用いる。透明材料１０３は、二酸化ケイ素やダイヤモンドなどの可視光領域において透過率の高い誘電体や、ジンクセレンやシリコンなどの赤外光領域において透過率の高い誘電体や、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどの紫外光領域において透過率の高い材料を用いる。
【００２４】
チップ用マスク101の直径は、たとえば数mm以下である。ストッパー用マスク102の幅Ｗ１は、たとえば、チップ用マスク１０１の直径と同じかそれよりも数10nm〜数μmだけ小さい。また、ストッパー用マスク１０２の幅Ｗ１は、チップ用マスク１０１の直径よりも数10nm〜数μmだけ大きくてもよい。また、ストッパー用マスク１０２の長さは、数10μｍ以上である。
【００２５】
図５は、チップ１およびストッパー２を形成した状態を示している。図５(a)は上面図であり、図５(b)は、図5(a)のA-A'で示す位置の断面図である。チップ用マスク１０１およびストッパー用マスク１０２を形成した後、ウエットエッチングによる等方性エッチングによってチップ１およびストッパー２を形成する。透明材料１０３の厚さとチップ１およびストッパー２の高さの関係を調整することによって、図１に示す透明層５が形成されたり、形成されなかったりする。チップ１の先端半径は、数nmから数100nmである。この後、遮光膜をスパッタや真空蒸着などの方法で堆積する事によって、図1に示すワーク1000を形成する事ができる。また、遮光膜３をチップ１にだけ堆積する場合、遮光膜３の堆積工程において、チップ１上に遮光膜が堆積するような形状を有するメタルマスクを乗せてスパッタや真空蒸着などを行う。また、ワーク1000のチップが形成された面の全面に遮光膜３を堆積した後、チップ１にだけ遮光膜３が残るようなフォトリソグラフィ工程を用いても、チップ1上にだけ遮光膜３を形成する事ができることは言うまでもない。
【００２６】
図６および図７は、上記で説明したワーク1000の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。なお、以下では、チップ用マスク１０１の直径が、ストッパー用マスク１０２の幅よりも小さい場合について説明する。図６は、図５(a)で説明した工程において、チップ１とストッパー２だけを示した図であり、図７は、図６中B-B'で示す位置のチップ１と、図６中C-C'で示す位置のストッパー２の断面図である。
図７(a)は、チップ１がちょうど形成された状態を示した図である。ストッパー用マスク１０２の幅は、チップ用マスク１０１の直径よりも大きいため、図７(a)の状態では、ストッパー２の上面には、平らな部分が残り、この平らな部分上にストッパー用マスク１０２が残っている。しかしながら、チップ用マスク１０１は、チップ１との接触面積が非常に小さくなるため、はずれてしまう。図７（ａ）の状態では、チップ１の高さＨ11とストッパー２の高さＨ22は、同じである。
図７(b)は、図７（ａ）の状態からさらにエッチングを進め、ストッパー２上面の平らな部分がちょうどなくなった状態を示している。図７(a)の状態からさらにエッチングを行うと、チップ用マスク１０１が無いチップ１の高さＨ111は、徐々に低くなっていく。一方、ストッパー用マスクが残っているストッパー２の高さＨ222は、H22と同じままである。ストッパー２の上面の平らな部分の幅は、徐々に狭くなり、断面形状は図７(b)に示すように、三角形になる。このときのチップ１とストッパー２の高さの差ΔＨは、チップ用マスク101の直径とストッパー用マスク１０２の幅の差、および、チップ１とストッパー２の先端角によって異なるが、おおよそ1000nm以下程度である。
図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態からさらにエッチングを進めた状態を示している。チップ１の高さＨ１１１１は、高さＨ１１１よりも低くなる。同様に、ストッパーＨ２２２２の高さも、高さＨ２２２よりも小さくなる。しかし、高さＨ１１１１と高さＨ２２２２の減少量は、同じであるため、チップ１とストッパー２の高さの差ΔＨは、変化しない。なお、ストッパー用マスク102の幅が、チップ用マスク101よりも小さい場合は、チップ１とストッパー２の高さの関係が逆になるだけである。また、チップ用マスク１０１とストッパー用マスク１０２が等しい場合は、チップ１とストッパー２の高さが等しくなることは言うまでもない。
【００２７】
本発明のワーク１０００の作製方法によれば、フォトリソグラフィ工程によってチップ１とストッパー２の高さの差ΔＨを良好に制御することができる。したがって、図１から図３で説明した開口作製方法において、板６の変位量を良好に制御することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、チップ１とストッパー２の高さを良好に制御することができ、かつ、ストッパー２を設けることによって板６の変位量を小さくすることができるため、分解能の高いアクチュエータを用いなくても、大きさが均一で微小な開口８をチップ１先端に形成する事が容易である。我々の実験では、手に持ったハンマーなどで、押し込み用具７を叩くだけで直径１００nm以下の開口８を形成する事ができた。また、チップ１とストッパー２の高さが良好に制御されるため、開口８の作製歩留まりが向上した。また、本発明の実施の形態１で説明したワーク1000は、フォトリソグラフィ工程によって作製可能なため、ウエハなどの大きな面積を有する試料に、複数個作製することが可能であり、力Ｆを一定にすることによって複数個作製されたワーク１０００それぞれに対して均一な開口径の開口８を形成する事ができる。また、力Ｆの大きさを変えることが非常に簡単なため、複数個作製されたワーク1000に対して個別に開口径の異なる開口８を形成する事が可能である。また、単純に力Ｆを加えるだけで開口8が形成されるため、開口作製にかかる時間は数秒から数10秒と非常に短い。また、本発明の実施の形態１によれば、加工雰囲気を問わない。従って、大気中で加工する事が可能でありすぐに光学顕微鏡などで加工状態を観察できる。また、走査型電子顕微鏡中で加工することによって、光学顕微鏡よりも高い分解能で加工状態を観察することも可能である。また、液体中で加工することによって、液体がダンパーの役目をするため、より制御性の向上した加工条件が得られる。
また、ワーク１０００が複数個作製された試料に対して、一括で力Ｆを加えることによって、開口径のそろった開口８を一度に複数個作製する事も可能である。一括で加工する場合、ウエハ一枚あたりのワーク1000の数にもよるが、開口1個あたりの加工時間は、数100ミリ秒以下と非常に短くなる。
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る開口の形成方法について説明した図であり、本実施の形態２において、開口を先端に形成したチップ８１の材料とストッパー８２の材料とは異なっている。ここで、可視光帯域において非常に透過率が高い酸化珪素でチップ８１を構成する場合、ストッパー８２を、例えば単結晶シリコンで構成する。単結晶シリコンは酸化珪素に比べ切削や研磨などの機械加工の加工性が比較的良く、ストッパー８２の材料に酸化珪素ではなく単結晶シリコンを選択することで、押し当て治具と接触するストッパー８２の上面を表面粗さを小さく加工でき、且つ平坦度を向上させることも可能である。実際、通常のウェハ平坦化加工に用いられるラッピング加工において、単結晶シリコンと硝子との平坦度及び表面粗さを比較すると、表面粗さ（いわゆるRa）については、単結晶シリコンが1nm以下の大きさに対し、硝子（例えば石英）が３〜５nmと大きくなる。また、平坦度（いわゆるLTV）に関しても、単結晶シリコンが２μｍなのに対し、硝子は５μｍ程度の大きさとなる（ともに直径４インチウェハでの比較）。このことから、ストッパー８２の材料に酸化珪素を用いた場合、平坦度が単結晶シリコンに比べ比較的大きいことから、押し当て治具をストッパー８２上に載せたときに、押し当て治具とストッパー８２の上面が接触している点と接触していない点とが顕著に現れ、押し当て治具がストッパー８２と接している点の高さとストッパー８２の高さとにずれが生じ、たとえチップ８１とストッパー８２の一部の高さを正確に制御できていても、押し当て治具とチップ頂点との距離がばらつき、一定の力を押し当て治具に加えたとしても開口８３のサイズにばらつきが生じる。また、表面粗さに関しても酸化珪素の場合、３〜５nmと大きいため、この大きさに応じた開口８３のサイズのばらつきも生じる。これに対し、加工性の良い単結晶シリコンをストッパー８２の材料として使用した場合は、表面粗さ或いは平坦度が向上することから、ウェハ全面においてチップ頂点と押し込み治具との距離を均一に保つことが可能となり、一定の力を押し込み治具に加えることで均一な開口形状を作製することが可能となる。これにより、開口作製の歩留まりが向上し、結果、デバイス作製に係るコストが低減する。また、このような開口を、近視野光を利用した高密度光メモリ用のヘッドのように、ストッパー８２が最終的にデバイスの一部に残る場合、このストッパー８２の材料を単結晶シリコンにすることで、ストッパー内において光の減衰がおき、ストッパー８２の上面からの漏れ光を低減することができる。近視野光メモリの場合、開口以外からの漏れ光は、ノイズの大きな原因となることから、ストッパーに単結晶シリコンを使用することで、信号のＳＮ比を大きく向上させることが可能となり、高密度近視野光メモリで高速化やSN比向上のために必要な部品の削除による低コスト化が実現する。
次に、図８で説明した実施の形態２に係わる開口作製方法の一例を示す。図９では、ストッパー面を形成するところの工程を示す。
まず、基板８４の材料として単結晶シリコン基板を選択する（P９1）。基板の種類は、いわゆるｎ型でもｐ型でも良い。また、面方位も（１００）、（１１０）、（１１１）等どの方位を選択しても構わない。もちろん比抵抗についても問わない。
次に、P９2のように、この単結晶シリコン基板をエッチングし、表面に凹凸を形成する。この凹凸が後にストッパー８２の形として現れる。ここでのエッチング量は、チップ８１の高さより若干高めに設定する。例えばチップの高さを１０μｍ程度に設定した場合、１２〜１５μｍ程度に設定しておく。エッチングでは、半導体プロセスで使用されるフォトリソグラフィ工程にて、マスクパターンを形成し、選択的エッチングにて単結晶シリコンをエッチングする。その後、マスク材を剥離し、単結晶シリコンの表面に凹凸を形成する。このときのマスク材には、フォトレジストや酸化珪素、あるいは窒化珪素等を使用する。酸化珪素、窒化珪素をマスク材として使用するときは、単結晶シリコン基板上にその材料を積層し、フォトリソグラフィ工程にて形成したフォトレジストのパターンに合わせ、酸化珪素及び窒素珪素を加工することで、マスクパターンは形成される。エッチングには、反応性イオンエッチングに代表されるいわゆる乾式エッチングを使用する。乾式エッチングを使用することで、マスクパターンの形状を転写することが可能となり、垂直に加工することや任意の斜度を持たせることも可能となる。乾式エッチングで使用するガスとして、SF6、CF4、CHF3、C2H4等を用いる。乾式エッチングに限らず、湿式エッチングを用いることも可能である。この場合、単結晶シリコン基板には面方位が（１００）の基板を選択する。（１００）基板の（１１０）方向に対し水平なマスクパターンを形成し、単結晶シリコンに対し異方性のエッチングレート特性を有するエッチャント（例えば水酸化カリウムやTMAH）にてエッチングを施すと、（１１１）面へのエッチングレートが他の面方位に比べ極端に小さいことから、（１１１）面が斜面を形成するようにエッチングが進行する。この（１１１）面は、（１００）面に対し、５４．７°の開き角を有し、この一定角を有する凹凸が（１００）単結晶シリコン基板表面に形成される。この特性を利用し、P９2のような形状を作製できる。この湿式エッチングを用いるときのマスク材には、耐エッチャント性の高い材料、例えば酸化珪素或いは窒化珪素、を使用する。
次に、P９3のように、チップ材料８５を単結晶シリコンの凹凸上に積層する。チップ材料に酸化珪素を選択したときは、TEOS等の酸化珪素材料を含んだソースからのガスをプラズマあるいは熱、または光を用いた分解反応による気相積層法にて堆積させる。この方法は、通常真空状態で行われ、不純物が少なく純度の高い酸化珪素の堆積が可能である。あるいは、水硝子のような酸化珪素を含んだ液体を表面に塗布し、溶媒を蒸発させることで堆積させても良い。堆積させる量は、P９2にてエッチングした深さ以上の厚みにする。
次に、P９4のように、凹凸な表面を研削および研磨し、平坦化する。この平坦化の作業は、単結晶シリコン基板の凸部が表面に現れるまで行われる。この研磨加工において、脆く、堅い酸化珪素に比べ、単結晶シリコンが加工しやすい材料であるため、加工面に現れた単結晶シリコンの表面は、酸化珪素の表面に比べ、面内での平坦度及び表面粗さが小さくなる。
続いて、図１０にてチップを形成する工程を示す。
まず、P９5のように、チップ形成のためのマスクパターン８６を研磨した酸化珪素表面に形成する。マスク材料には感光性フォトレジストを使用し、半導体プロセスのフォトリソグラフィ技術を用いることで寸法精度の高いマスクパターン８６の形成が可能である。酸化珪素との密着性を考慮し、ネガ性のレジストを使用する方が好ましいが、もちろんポジ性のレジストを使用しても構わない。レジストの厚みは、厚みばらつきを容易に制御できる１μｍ程度が適切である。
次に、P９6のように、酸化珪素をエッチングし、チップ８１の形状を作製する。チップ８１は、高さの低い台形から、高さがだんだんと高くなるとともに、上辺が短くなっていき、その後図のように三角形のチップ８１となる。この台形から三角形になったときには、チップ８１の頂点の高さがストッパー８２の高さと一致しており、このときエッチングを終了する。エッチングには湿式のエッチングを用いても、乾式のエッチングを用いても構わない。湿式のエッチングでは、エッチャントとして、バッファーふっ酸（弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合液）を使用し、アンダーエッチング量のコントロールにより任意のチップを形成する。乾式のエッチングでは、ガス種、流量の選択、プラズマのRFパワー、真空度がそれぞれ微妙にチップ形状に影響する。乾式のエッチングにおいても、弗化ガスや塩化ガスによる化学反応を利用したエッチングを用いても良いし、スパッタのような物理反応を利用したエッチングを用いても良い。チップ下に残った酸化珪素を導波路として機能させ、その導波路からチップを伝わって開口へと光を供給する。また、チップ下の酸化珪素がエッチング後にほとんど残らなかった場合には、基板となる単結晶シリコンにチップに向かって貫通した穴を開け、開口に光を供給することも可能である。
次に、P９7のように、酸化珪素のエッチング時に使用したマスクを除去する。マスク材にフォトレジストを用いたときは、専用の剥離液を使用しても、硝酸や硫酸などで分解除去しても構わない。もちろん、アセトン等の有機溶剤で溶かして除去しても構わない。
次に、P９8のように、チップを遮光する金属膜８７をチップ側表面全体に積層する。積層する方法として、真空蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法、あるいはめっき法等を用いる。薄く、均一に積層でき、グレインを小さく抑えることができることから、真空蒸着法を主に使用する。この積層法により、１００ｎｍから１μｍ程度の範囲において、任意の厚みに積層する。積層する材料は、アルミニウム、金、銀、銅、白金、チタン、タングステン、クロム、およびそれらの合金が主要材料であるが、密着性を良くするためやグレインを抑えるために、微量であるがシリコンのような不純物を含ませる場合もある。
最後に、P９9のように、実施の形態１で説明した方法にて、チップ頂点に光学的開口８３を形成する。ここでは、その詳細は省略する。
このようにして、チップ８１を酸化珪素で、ストッパー８２を単結晶シリコンで構成した場合の開口形成方法が可能となる。
このように実施の形態２における開口形成方法により、ストッパー表面の平坦度や表面粗さを向上させることが可能となり、開口形成の歩留まりが向上し、開口形成のコスト低減が実現する。よって、この形成方法で作製した開口を有するデバイスの低価格化が実現する。
ここまでは、ストッパー８２の材料として単結晶シリコンを使用した場合について説明してきたが、その他の材料を用いても構わない。例えば、ストッパー８２では光を透過させる必要はなく、遮光する材料、例えば金属やそれらの合金がストッパー８２の一部および全体を構成していても構わない。その場合の作製方法は、基板自体にその材料を使用しても構わないし、あるいは別の基板上にその材料を堆積させ、単結晶シリコンを加工したのと同様にその材料を加工することで、同様の構成を作製すること勿論可能であるので、詳細は省略する。
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係わる開口の形成方法について説明した図である。本実施の形態においては、チップ１１１及びストッパー１１２が、透過性の高い２層の異なる酸化珪素で構成されている。本構成の開口形成方法においては、実施の形態１の開口形成方法と同様に、エッチングによりチップ１１１とストッパー１１２を同時に作製する。ところが、チップ１１１とストッパー１１２がことなる材料で２層に形成されていることから、その異なる材料でエッチングのレートに差があり、上層と下層ではそのテーパ角が異なる。例えば、図１１の例でいえば、下層１１８の材料は、上層１１９の材料よりエッチングレートが早いため、下層１１８は鋭い角度でチップが形成されていくが、上層１１９はエッチングレートが遅いため、頂角が鈍角のチップ１１１とストッパー１１２が形成される。この結果、下層１１８が上層１１９に比べテーパ角が大きい２段のチップ１１１とストッパー１１２が形成させる。
【００２８】
図１２は、２段のチップ部を拡大した図であり、頂点には開口１１３が形成されている。この図を用いて２段に形成されたチップの光学的な効果を説明する。はじめに、図１３で１段テーパのチップ内での光伝搬の様子を説明する。開口１２０へ向かってくる光は、ある角度をもってテーパ内に入射する。その一部は直接開口１２０へと照射されるが、そのほとんどはテーパ部の金属膜１２１により反射され、その方向はテーパの角度が一定なことからほぼ同一の角度にて反射される。よって、テーパで反射された光は、チップ内で反射を繰り返し、開口１２０へ到達することはまずない。このようにチップ内で反射を繰り返す光は別の反射された光と干渉を起し、チップ内のある領域において、光強度の強い点が発生する。この点では、開口部での強度の十倍以上となることがある。
【００２９】
この光の強い点に開口を位置づけることで、開口からの光強度を増加させることができる。２段のテーパをもつチップによりこれを実現した。図１２を用いてその様子を説明する。直接開口１１３へ向かってくる光は、１段テーパのときと変わらないが、金属膜１１７で反射した光の一部は開口方向へと反射される。例えば、図１２のように下層の金属膜１１７で反射した光は、テーパ角が異なる上層で形成せれた開口方向へと反射される光が存在する。また、下層の金属膜１１７で反射したまた別の光は、上層の金属膜１１７でさらに反射され、開口近辺へと反射される。このような原理から、光の入射する角度と、下層のテーパ角、上層のテーパ角と厚みを調整することで、チップ内での開口部と離れた位置に存在した光強度の大きい点を開口近辺に位置づけることが可能となり、開口からの光量が増加する。つまり、開口部の光利用効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
図１４と図１５を用いて図１１で説明した実施の形態３に係わる開口作製方法の一例を示す。
【００３１】
まず、図１４では、チップおよびストッパーとなる材料である誘電体を積層する工程を説明する。
【００３２】
はじめに、P141のように、基板１１４上に導波路１１５として機能する材料を積層させる。基板１１４には、単結晶シリコンやガリウム砒素基板、硝子材基板などを使用し、導波路１１５には、可視光帯域にて透過率の高い酸化珪素や窒化珪素、ダイヤモンド薄膜等を使用し、プラズマ、熱、光等による化学分解反応を利用した気相真空積層法にて堆積させる。この導波路１１５によりチップ１１１および開口１１３に光を供給できる。導波路１１５は必ずしも形成する必要はなく、その場合、チップへの光の供給は、直接基板１１４から行ったり、あるいは、基板自体にチップまで貫通した穴を開け、その穴を通して行っても良い。そこで、基板１１４に透過率の高い材料を用いた場合には、その基板自体が導波路の役割を担う場合がある。
【００３３】
次に、P142とP143のように、２層の異なるチップ材料を積層させる。例えば、上層１１９に酸化珪素、下層１１８にフッ素をドープした酸化珪素を用いることで図１１のような２段テーパのチップ１１１及びストッパー１１２の作製は可能である。酸化珪素は、TEOSソースのプラズマCVD法にて積層でき、この条件に、CF4ガスを混入させることで、フッ素ドープした酸化珪素をを積層できる。ここで、酸化珪素にドープする材料は、フッ素に限らず、ガリウム、ボロン、リン等、他の材料を用いても構わない。これら、酸化珪素中に不純物を混入させることで、エッチング速度を変化させることができる。
【００３４】
続いて、図１５にて、チップ及びストッパーを形成する工程について説明する。
【００３５】
まず、P144のように、堆積した酸化珪素上に半導体プロセスのフォトリソグラフィ技術を用いてチップとストッパー形成用のマスクパターン１１６をフォトレジストで形成する。スピンコートにて面内１μｍ程度の厚みに均一に塗布したレジストを別途設けたフォトマスクパターンを用いて、必要な個所だけ露光し、専用の現像液にて溶解することで、必要なパターン形状が容易に得られる。
【００３６】
次に、P145とP146のように、酸化珪素をエッチングし、チップ１１１とストッパー１１２を形成する。エッチングは、チップが形成するまで中断なしで連続的に行われる。まず、上層１１９のエッチングが終了した時点での断面図をP145に示す。チップはまだ台形形状をしており、チップ及びストッパーの斜面は１段のテーパ角でしかない。さらにエッチングを進行させ、チップエッチングが終了した時点の断面図をP146に示す。上層１１９と異なる材料の下層１１８をエッチングしたことから、エッチングレートが上がり、斜面の角度に変化が生じた。その結果、２段のテーパ角を持つチップ１１１とストッパー１１２が形成された。この場合も、チップ形状が台形から三角形に移るときにエッチングを終了させ、スライダー高さとチップ高さを一致させている。
【００３７】
次に、P147のように、エッチング用のマスクを剥離し、チップ１１１とストッパー１１２の表面をきれいに洗浄する。
【００３８】
次に、P148のように、金属膜１１７、例えばアルミニウム、金、チタン、白金等をチップ及びストッパー上に積層させる。
【００３９】
最後に、P149のように、実施の形態１で説明した方法にて、チップ頂点に光学的開口１１３を形成する。ここでは、その詳細は省略する。
【００４０】
このように実施の形態３における開口形成方法により、シリコンプロセスを用いて量産性良く高効率な開口が作製でき、コスト低減が実現する。このような開口部の光利用効率の向上により、この形成方法で作製した開口をもつプローブを使用した近視野光顕微鏡においては、より高分解能な光測定においても、精度よく観察することができる。また、この開口から発生する近視野光を利用することで、高分解能な光加工が実現する。また、高分解能な光学分析が可能となる。また、この形成方法で作製した開口を利用した高密度用光メモリにおいては、SN比が向上することから、高速化を図れる。また、光源の出力を抑えても十分に記録および再生できることから、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化が図れ、メモリ装置においても、同様に、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化の効果が図れる。
【００４１】
ここまでは、チップ１１１とストッパー１１２の下層１１８にエッチングレートの早い材料を、上層１１９にエッチングレートの遅い材料を選択した場合の説明をしたが、上層１１９にエッチングの早い材料を、下層１１８にエッチングの遅い材料を選択しても構わない。この場合、頂角が鋭く切り立つような形状となるが、入射する光の角度と上層１１９及び下層１１８の角度や厚みを調整することで、図１２のような光学的な効果を導き出すことは可能である。また、チップ頂角が小さくなることで、任意の大きさの開口を形成するときの押し込み範囲が広がり、開口形成の歩留まりが向上し、製造コストの削減が実現する。
【００４２】
また、上層と下層とでエッチングレートに差が無く、チップ形状が１段となった場合でも、特に上層に高屈折率材料を選択した場合に、屈折率ｎの材料内での光の波長が見かけ上空気中での波長の1/nとして振舞うことから、開口近辺のカットオフ領域が狭くなることの光学的な効果により、開口からの光量を増加させることが可能となる。また、これと同様の効果は、図１６のような構成においても発揮される。この図１６では、チップおよびストッパーが形成された後に、その上面に高屈折率材料１６１を薄く積層させた図であり、開口１６３が実施の形態１で説明した作製方法にて形成されている。この場合にも、チップ形状は１段であるが、開口近辺では高屈折材料１６１によりカットオフ領域が狭くなり、開口での高光利用効率化が図れる。
【００４３】
また、ここまでは、２層の異なる酸化珪素の場合について説明したが、２層に限らず、３層または４層、それ以上の複数の異なる材料で形成されたチップ及びストッパーを使用しても構わない。また、また、酸化珪素に限らず、窒化珪素やカーボン系の透明材料（ダイヤモンド等）をチップ及びストッパーの材料として使用しても構わない。また、２層の異なる材料として、例えば酸化珪素と窒化珪素を用いても同様の形状が可能であり、同様の効果を発揮する。
【００４４】
【発明の効果】
チップ１とストッパー２の高さ、および、力Ｆを制御する事によって、分解能の高いアクチュエータを用いなくても、簡単に開口８を形成する事ができる。また、チップ１とストッパー２の高さが良好に制御されるため、開口８の作製歩留まりが向上した。また、本発明の実施の形態１で説明したワーク1000は、フォトリソグラフィ工程によって作製可能なため、ウエハなどの大きな面積を有する試料に、複数個作製することが可能であり、力Ｆを一定にすることによって複数個作製されたワーク１０００それぞれに対して均一な開口径の開口８を形成する事ができる。また、力Ｆの大きさを変えることが非常に簡単なため、複数個作製されたワーク1000に対して個別に開口径の異なる開口８を形成する事が可能である。また、単純に力Ｆを加えるだけで開口が形成されるため、開口作製にかかる時間は数10秒以下と非常に短い。また、本発明の実施の形態１によれば、加工雰囲気を問わない。従って、大気中で加工する事が可能でありすぐに光学顕微鏡などで加工状態を観察できる。また、走査型電子顕微鏡中で加工することによって、光学顕微鏡よりも高い分解能で加工状態を観察することも可能である。また、液体中で加工することによって、液体がダンパーの役目をするため、より制御性の向上した加工条件が得られる。
また、ワーク１０００が複数個作製された試料に対して、一括で力Ｆを加えることによって、開口径のそろった開口８を一度に複数個作製する事も可能である。一括で加工する場合、ウエハ一枚あたりのワーク1000の数にもよるが、開口1個あたりの加工時間は、数100ミリ秒以下と非常に短くなる。
【００４５】
また、ストッパーをチップと異なる加工性の優れた材料で構成することで、ストッパー上面の平坦度や表面粗さを向上させることが可能となる。これにより、押し当て治具とチップ頂点との距離をウェハ面内で一定に保持することが可能となり、押し当て治具に加える一定の力により、形成される開口径も一定となる。この結果、狙った径の開口を容易に作製できるとともに、開口形成の歩留まりが向上し、開口形成のコスト低減が実現する。よって、この形成方法で作製した開口を有するデバイスの低価格化が実現する。
【００４６】
また、異なるテーパ角を有する複数の斜度で形成されたチップを用いて開口を形成することで、シリコンプロセスを用いて量産性良く高効率な開口が作製でき、コスト低減が実現する。この形成方法で作製した高効率な開口をもつプローブを使用した近視野光顕微鏡においては、より高分解能な光測定においても、精度よく観察することが可能となる。また、この高効率な開口から発生する近視野光を利用することで、高分解能な光加工が実現する。さらに、高分解能な光学分析が可能となる。また、この形成方法で作製した高効率な開口を利用した高密度用近視野光メモリにおいては、SN比が向上することから、高速化を図れる。また、光電変換率の低い検出器を用いても再生できることから、装置の低価格化が実現する。また、光源の出力を抑えても十分に記録および再生できることから、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化が図れ、メモリ装置全体においても、同様に、光源の低電圧化、低消費電力化、高寿命化、低価格化、小型化の効果が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図４】ワーク１０００の製造方法について説明した図である。
【図５】ワーク１０００の製造方法について説明した図である。
【図６】ワーク1000の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。
【図７】ワーク1000の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係わる開口作製方法の一例におけるストッパー形成工程を説明した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係わる開口作製方法の一例におけるチップ形成工程を説明した図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係わる開口の形成方法について説明した図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係わる２段のチップ部を拡大した図である。
【図１３】１段テーパのチップ内での光伝搬の様子を説明した図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係わる開口作製方法の一例における誘電体積層工程を説明した図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係わる開口作製方法の一例におけるチップ及びストッパー形成工程を説明した図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る開口の形成方法について説明した図である。
【符号の説明】
１ チップ
２ ストッパー
３ 遮光膜
４ 基板
５ 透明層
６ 板
７ 押し込み用具
８ 開口
１０１ チップ用マスク
１０２ ストッパー用マスク
１０３ 透明材料
１０４ 4基板材料
１０００ ワーク
Ｆ 力
Ｈ１ チップの高さ
Ｈ２ ストッパーの高さ
８１、１１１ チップ
８２、１１２ ストッパー
８３、１１３、１２０、１６３ 開口
８４、１１４ 基板
８５ チップ材料
８６、１１６ マスクパターン
８７、１１７、１２１ 金属膜
１１５ 導波路
１１８ 下層
１１９ 上層
１６１ 高屈折材料
Claims (8)
- 錐状のチップと前記チップ上に備えられた遮光膜とを有する近視野光デバイスにおける前記チップ先端に、接触体を接触させることによって前記遮光膜を塑性変形させて開口を形成する光学的な開口の作製方法において、
前記近視野光デバイスと、前記チップと略同じ高さの度当たり部を有するストッパーとを備える被開口形成体を略平坦な面上に形成し、
前記接触体は前記チップを覆うとともに前記ストッパーの少なくとも一部を覆うような略平面部を有するものであり、前記接触体と前記度当たり部とを接触させることによって前記接触体の変位を制御することにより、前記チップ先端に前記開口を形成し、
前記錐状のチップの少なくとも一部が複数層の誘電体で構成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法。 - 錐状のチップと前記チップ上に備えられた遮光膜とを有する近視野光デバイスにおける前記チップ先端に、接触体を接触させることによって前記遮光膜を塑性変形させて開口を形成する光学的な開口の作製方法において、
前記近視野光デバイスと、前記チップと略同じ高さの度当たり部を有するストッパーとを備える被開口形成体を略平坦な面上に形成し、
前記接触体は前記チップを覆うとともに前記ストッパーの少なくとも一部を覆うような略平面部を有するものであり、前記接触体と前記度当たり部とを接触させることによって前記接触体の変位を制御することにより、前記チップ先端に前記開口を形成し、
前記錐状のチップの斜面の少なくとも一部が複数の異なる斜度を有することを特徴とする光学的な開口の作製方法。 - 透明材料上に、前記チップを形成するために用いられるチップ用マスク及び前記ストッパーを形成するために用いられるストッパー用マスクを形成し、
前記チップ用マスク及び前記ストッパー用マスクを用いて前記透明材料の等方性エッチングを行うことにより、前記透明材料に前記チップと前記ストッパーとを同時に形成することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光学的な開口の作製方法。 - 前記錐状のチップの斜面の少なくとも一部が複数の異なる斜度を有することを特徴とする請求項１に記載の光学的な開口の作製方法。
- 錐状のチップと前記チップ上に備えられた遮光膜とを有する近視野光デバイスにおける前記チップ先端に、接触体を接触させることによって前記遮光膜を塑性変形させて開口を形成する光学的な開口の作製方法において、
前記近視野光デバイスと、前記チップと略同じ高さの度当たり部を有するストッパーとを備える被開口形成体を略平坦な面上に形成し、
前記接触体は前記チップを覆うとともに前記ストッパーの少なくとも一部を覆うような略平面部を有するものであり、前記接触体と前記度当たり部とを接触させることによって前記接触体の変位を制御することにより、前記チップ先端に前記開口を形成し、
前記錐状のチップの少なくとも一部が誘電体で構成され、前記チップの近傍に配置されたストッパーの少なくとも一部が、半導体もしくは金属で構成されていることを特徴とする光学的な開口の作製方法。 - 前記錐状のチップの少なくとも一部が複数層の誘電体で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学的な開口の作製方法。
- 前記錐状のチップの少なくとも一部が誘電体で構成され、前記チップの近傍に配置されたストッパーの少なくとも一部が、半導体もしくは金属で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学的な開口の作製方法。
- 前記錐状のチップおよび前記ストッパーが同一基板上に複数個形成されていることを特徴とする請求１から請求項７のいずれか１つに記載の光学的な開口の作製方法。
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