JP4751440B2 - 近視野光プローブとその製造方法、およびその近視野光プローブを用いた近視野光装置 - Google Patents

Description

この発明は、試料の微細領域における光学特性を観察、計測、加工する近視野光プローブとその製造方法に関する。

現在、 走査型近視野顕微鏡（以下、ＳＮＯＭと略す）では、先鋭化された先端に微小開口を有する光媒体をプローブとして用い、先端および微小開口を光の波長以下まで測定試料に近づけることで、試料の光学特性や形状を高分解能で測定している。この装置では、試料に対して垂直に保持した直線状の光ファイバープローブの先端を、試料表面に対して水平に振動させ、試料表面とプローブ先端のせん断力によって生じる振動振幅の変化の検出を、プローブ先端にレーザ光を照射し、その影の変化を検出することによって行い、振幅が一定になるように試料を微動機構で動かすことによってプローブ先端と試料表面の間隔を一定に保ち、微動機構に入力した信号強度から表面形状を検出するとともに試料の光学特性の測定を行う装置が提案されている。

また、鈎状に成形した光ファイバープローブを原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）のカンチレバーとして使用し、ＡＦＭ動作すると同時に光ファイバープローブの先端から試料にレーザ光を照射し、表面形状を検出するとともに試料の光学特性の測定を行う走査型近視野原子間力顕微鏡が提案されている（特開平７−１７４５４２号公報）。図１６は、従来例の光ファイバープローブを示す構成図である。この光ファイバープローブは、周囲が金属膜被覆５０２で覆われた光ファイバー５０１を用いている。また、探針部５０３が先鋭化されており、探針部５０３の先端に開口５０４を有する。

一方、微細領域の形状観察手段として利用されているＡＦＭでは、シリコンプロセスで製造されたシリコンや窒化シリコンのマイクロカンチレバーが広く利用されている。ＡＦＭで使用されるマイクロカンチレバーは共振周波数が高く、量産性が良く形状のばらつきが少ないため、バネ定数や共振周波数などの機械的特性が均一であるという特徴を有している。ＡＦＭで使用されるマイクロカンチレバーのチップ先端に微小開口を形成することによって、図１７に示すように、チップ５０５、レバー５０６、基部５０７、微小開口５０８および遮光膜５０９からなるSNOM用プローブが知られている（S. StateplaceMunster et. al., Novel micromachined cantilever sensors for scanning near-field optical microscopy, Journal of Microscopy, vol.186, pp17-22, 1997）。ここで、チップ５０５およびレバー５０６は窒化珪素やシリコンで形成されている。このＳＮＯＭ用プローブに図１７中Lightで示されるように光を入射することによって、微小開口５０８から近視野光を照射することができる。

しかしながら、図１６に示す従来の光ファイバープローブは、一本ずつ手作りで作製されるため量産性が悪い。また、光ファイバー５０１を光伝搬体として用いているため、波長による伝搬特性の差が大きく、分光分析に用いることが困難である。

また、図１７に示したＳＮＯＭ用プローブは、シリコンプロセスによって大量生産が容易であるが、チップ部分の窪みに空気中の埃をはじめとする異物が侵入しやすいため、微小開口から照射される近視野光の強度が安定しない問題があった。また、チップの位置がカンチレバーの先端に形成されている場合、微小開口に光を導入する際に入射光のスポットがカンチレバーからはみ出してしまい、また、試料からの光信号を微小開口によって検出する際には、チップ先端部分以外の光信号を検出してしまう。したがって、ＳＮＯＭの光像のＳ／Ｎ比が悪くなるという問題があった。また、シリコンの異方性エッチングによって形成したモールドを用いてチップを形成するため、チップ先端の先端角が約７０゜と固定されてしまうため、微小開口から照射される近視野光の強度を大きくできないといった問題がある。また、レバー５０６やチップ５０５は、入射光や微小開口で検出した光の波長に対する反射率が小さい材料で構成される。図１７に示したＳＮＯＭ用プローブは、それらの構造材料が光路中にあるため、入射光や検出光の強度が構造材料上で反射することによって減衰し、微小開口５０８から照射される近視野光および微小開口５０８で検出した光の強度が小さくなるという問題もあった。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、微小開口から光を照射および／または検出するＳＮＯＭ用光カンチレバーであって、量産性、均一性に優れており、チップ部分に異物が侵入せずに安定した近視野光の強度が得られ、漏れ光を遮断して光像のＳ／Ｎ比を向上させ、大きな近視野光強度を得ることができる前記近視野光プローブとその製造方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明では、近視野光を発生および／あるいは検出することで、試料の微小領域における光学情報を観察、計測する近視野光プローブにおいて、カンチレバーと、カンチレバーを支持する基部と、カンチレバーの基部とは反対側の面に形成された錘状のチップと、チップの先端に形成された微小開口と、カンチレバーの基部とは反対側の面と、チップの微小開口以外の部分に形成された遮光膜からなり、チップとカンチレバーが微小開口において発生および／あるいは検出する光の波長に対して透過率の高い透明材料を用いて形成され、チップが透明材料で充填されている構成とした。したがって、本発明の近視野光プローブは、微小開口に光を導入することによって試料に対して近視野光を照射すること、または／および、微小開口によって試料の微小領域における光学情報を検出することが可能である。

また、チップが透明材料で充填されているため、チップに異物が侵入することがなく、安定した強度をもつ近視野光の照射または／及び検出を行うことができる。さらに、透明体の屈折率は、空気の屈折率よりも大きいため、微小開口を透過する近視野光の光量を多くすることができる。

また、チップとカンチレバーが同一の透明材料で形成されている構成とした。したがって、チップとカンチレバーの界面における反射がないため、効率よく微小開口への光入射や微小開口からの光情報の検出を行うことができる。また、製造工程において一度に透明材料を形成することができるため、製造方法が容易になる。さらに、透明材料が、二酸化ケイ素である構成とした。二酸化ケイ素は、可視光領域において透過率が高い材料の一つであるため、効率よく近視野光を発生したり検出することができる。また、二酸化ケイ素は、シリコンプロセスにおいて一般的に使用される材料であるため、形状制御性が良く、かつ、量産性が良い。

また、チップとカンチレバーを光学的特性が異なる透明材料で形成する構成とした。したがって、例えばカンチレバーを二酸化ケイ素で形成し、チップをダイヤモンドで形成すると、二酸化ケイ素の加工性の良さにより、カンチレバーの共振周波数などの機械的特性を精度よく制御でき、かつ、ダイヤモンドの耐摩耗性の良さによってチップの耐摩耗性を向上させることができる。さらに、透明材料において、ダイヤモンドは透過率が高く、屈折率が非常に大きな材料の一つであり、微小開口を透過する近視野光の光量を多くすることができる。

また、チップが円錐形状である構成とした。したがって、微小開口の外形が円となり、入射光の偏光特性を制御することにより、任意の偏光特性をもつ近視野光を前記微小開口から照射することができる。

また、チップが錘体の側面の角度が異なる複数の錘体からなる構成とした。したがって、チップの先端角を小さくし、チップの途中までのテーパー角を大きくすることによって、凹凸像と光像の高分解能化と近視野光の高発生効率を同時に満たす前記近視野光プローブを提供することができる。同様に、微小開口によって試料の微小領域における光学情報を検出するコレクションモードにおいても、検出効率を向上させることが可能である。

カンチレバーに、微小開口に入射光を集光するためのまたは／および微小開口で検出した光をコリメートするためのレンズを備えている構成とし、レンズが、カンチレバーの基部側に形成されたフレネルレンズやカンチレバー内の屈折率分布を制御して形成される屈折率分布型レンズである構成とした。したがって、微小開口に入射する光量を大きくする事ができるため、微小開口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、微小開口によって検出された光をコリメートし、集光レンズによって検出器に導くことによって、試料の光学情報を効率よく検出することができる。

また、チップの先端が遮光膜の端面と略同一平面内に位置する構成とした。したがって、微小開口と試料の距離を非常に短くすることができるため、微小開口から照射または／および微小開口によって検出される近視野光を効率よく伝搬光に変換することができ、光学像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、光学像の分解能が向上する。

また、チップの先端が遮光膜の端面よりも突出しており、その突出量が、微小開口への入射光、または／及び、微小開口で検出した光の波長の半分以下である構成とした。したがって、チップの先端半径が小さいため、走査型プローブ顕微鏡の凹凸像や光像の解像度を向上させることができる。さらに、チップの先端と微小開口の中心位置が一致するため凹凸像と光像の位置ずれ非常に小さい。

また、チップの高さをＨ、カンチレバーの傾斜角度をθ１、チップへの入射光のカンチレバー上でのスポット径または／および微小開口によって検出し、検出器に入射する光のカンチレバー上でのスポット径をＲ１、チップの中心からカンチレバーの自由端までの距離をＬ１としたとき、
Ｒ１ ＜ Ｌ１ ＜ Ｈ／ｔａｎθ１
を満たすＬ１を有する構成とした。また、カンチレバーの先端が、チップ側から基部側に広がるような傾斜部を有している構成とした。また、カンチレバーの側面が、チップ側から基部側に広がるような傾斜部を有している構成とした。さらに、カンチレバーの先端に、基部側に突出するように形成された薄板状の連結部が形成され、連結部からカンチレバーと略平行に伸びる薄板状のひさし部が形成されている構成とした。

このような構成により、チップの先端が試料に近接でき、かつ、入射光、または／および、微小開口で検出した光以外を完全に遮光することができるため、凹凸像と光像を安定して取得することができる。

また、前記近視野光プローブはシリコンプロセスを用いて作製できるため、量産性が高く、形状再現性もよい。また、近視野光プローブの製造工程において、前記カンチレバーの外形を形成する工程が前記傾斜部を形成するための等方性エッチングを含むこととした。また、前記近視野光プローブの製造工程において、前記連結部と前記ひさし部を形成する工程が、基板に段差を形成する工程と、前記基板に前記透明材料を堆積する工程を含む工程とした。したがって、前記近視野光プローブを容易に製造できる。

また、近視野光プローブを用いる近視野光装置において、微小開口へ光を導入あるいは微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、微小開口と試料との距離を検出する検出手段と、試料および／あるいは近視野光プローブを微動させる微動機構を有し、検出手段が光てこ法を用い、導入／検出光学系のレンズと検出手段のミラーとが一体化している構成とした。

また、近視野光プローブを用いる近視野光装置において、微小開口へ光を導入あるいは微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、微小開口と試料との距離を検出する検出手段と、試料および／あるいは近視野光プローブを微動させる微動機構を有し、検出手段がカンチレバーと略垂直な面内に光源と光検出器を有する構成とした。

また、光検出器が光源から出射した光のカンチレバーでの反射光を検出する構成とした。

また、光検出器が光源から出射した光のカンチレバーでの回折光を検出する構成とした。

従って、検出手段と前記導入／検出光学系とが干渉することなく、大きなＮＡを有する導入／検出光学系を用いることができるため、微小開口から光強度の大きな近視野光を出射することや、逆に、微小開口からの光を効率よく検出することが可能となる。

また、近視野光プローブを用いる近視野光装置において、微小開口へ光を導入あるいは微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、微小開口と試料との距離を検出する検出手段と、試料および／あるいは近視野光プローブを微動させる微動機構を有し、検出手段がカンチレバーに接近して配置された光ファイバーとカンチレバー間での干渉を検出する構成とした。

また、近視野光プローブを用いる近視野光装置において、微小開口へ光を導入あるいは微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、微小開口と試料との距離を検出する検出手段と、試料および／あるいは近視野光プローブを微動させる微動機構を有し、検出手段が近視野光プローブに設けられたカンチレバーの変位検出手段である構成とした。

従って、検出手段と導入／検出光学系とが干渉することなく、大きなＮＡを有する導入／検出光学系を用いることができるため、微小開口から光強度の大きな近視野光を出射することや、逆に、微小開口からの光を効率よく検出することが可能となる。その上、検出手段が小型軽量であるため、近視野光プローブを微動機構で高速に動かすことが可能となる。

また、近視野光プローブを用いる近視野光装置において、微小開口へ光を導入あるいは微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、微小開口と試料との距離を検出する検出手段と、試料および／あるいは近視野光プローブを微動させる微動機構を有し、導入／検出光学系が先端にレンズ機能を設けた光ファイバーを有する構成とした。

従って、検出手段と導入／検出光学系とが干渉することなく、微小開口から光強度の大きな近視野光を出射することや、逆に、微小開口からの光を効率よく検出することが可能となる。その上、導入／検出光学系が非常に小型軽量であるため、近視野光プローブを微動機構で高速に動かすことが可能となる。

また、カンチレバー上に、カンチレバーの固定端よりも自由端側に、前記チップとは別の凸部を有することを特徴とする近視野光プローブとした。また、凸部が、カンチレバー上の前記チップが形成された側の前記チップよりも固定端側に形成されていることを特徴とする近視野光プローブとした。

したがって、近視野光プローブ共振周波数を低くすることができ、光像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、バネ定数を大きくすることができるために、遮光領域を設けたことで生じるエアダンピングによる影響を低減でき、安定した動作特性を有する近視野光プローブが得られる。

また、前記凸部が、カンチレバー上の前記チップが形成された側と反対側に形成されていることを特徴とする近視野光プローブとした。

したがって、起伏の大きな試料の観察において、前記凸部が試料と接触することがない近視野光プローブが得られる。

また、近視野光プローブの製造工程において、前記凸部と前記チップを同時に形成する工程を含むこととした。近視野光プローブの製造工程において、凸部を形成するための型を形成する工程と、型に凸部となる材料を堆積する工程と、凸部となる材料を平坦化し型に凸部となる材料を埋め込む工程と、凸部となる材料が埋め込まれた基板上にチップを形成する工程を含むことした。また、前記凸部となる材料を平坦化し型に凸部となる材料を埋め込む工程が、研磨工程であることとした。

したがって、共振周波数が低く、バネ定数の大きな近視野光プローブを大量生産性良く製造する事ができ、近視野光プローブを安価で提供することができる。

以上説明したように、本発明の第一の実施例によれば、微小開口の上部が透明体で充填された構造であるため、微小開口に異物が侵入することがない。したがって、近視野光プローブから発生する近視野光の強度が安定する。また、入射光または／および検出光の波長に対して透明な材料によって充填されたチップによって、チップの耐衝撃性や、耐摩耗性が向上する。また、チップを構成する材料の屈折率は、空気よりも大きいため、チップ内を伝搬する光の波長が空気中よりも短くなる。したがって、空気中を伝搬して微小開口を透過する場合よりも、微小開口を透過する光量が多くなるため、微小開口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、チップをダイヤモンドによって形成することによって、チップの耐摩耗性が向上し、さらに、屈折率が高いため微小開口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、チップの先端が遮光膜の端面よりも突出した構造である場合、チップの先端半径が小さいため、走査型プローブ顕微鏡の凹凸像や光像の解像度を向上させることができる。また、チップの先端が遮光膜の端面よりも突出した構造の場合、チップの先端と微小開口の中心位置が一致するため、凹凸像と光像の位置ずれ非常に小さい。また、近視野光プローブが式（４）を満たすＬ１を持つ場合、チップの先端が常に試料と接触し、かつ、入射光または／および検出光以外の漏れ光を完全に遮光することができるため、凹凸像と光像を安定して取得することができる。また、近視野光プローブに光を入射または／および近視野光プローブから光を検出するためのレンズのＮＡを大きくしても、レバーが透明体であるため、チップに入射または／およびチップから検出する光のケラレがないため、効率良く微小開口まで入射光を導くこと、または／および微小開口から検出光を検出することができ、微小開口から照射される近視野光の発生効率および／または微小開口における検出効率を大きくすることができる。また、透明体であるレバーおよびチップを伝搬して微小開口から近視野光を発生させる、または／および、微小開口において試料の光学情報を検出する近視野光プローブは、入射光の波長に対して透過率の高い波長領域が広い。したがって、分光分析などの応用分野に走査型プローブ顕微鏡を使用することができる。また、強度の大きな近視野光を発生させることができるため、フォトリソグラフィー、光造形、光ＣＶＤ、熱的加工などに必要なエネルギー密度を持つ近視野光を照射することができ、光加工装置として走査型プローブ顕微鏡を用いることができ、同時に、凹凸像の分解能の高い近視野光プローブを用いて加工形状の観察を行うことができる。分光分析や加工装置としての走査型プローブ顕微鏡は、近視野光プローブから発生する近視野光の強度、または／および、微小開口における光情報の検出効率が大きいため、分析や加工にかかる時間を短くすることができる。また、近視野光プローブをマルチカンチレバーにすることによって、大面積を短時間で分析、加工することができる。

以下、本発明の近視野光デバイスとその製造方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る近視野光プローブ１０００の概略図である。本発明による近視野光プローブ１０００は、チップ１、レバー２、基部３、遮光膜４、および微小開口５を備えている。錘状のチップ１および薄板の片持ち梁であるレバー２は一体に形成されており、チップ１は基部３から真っ直ぐに突き出たレバー２上に基部３とは反対側の面に形成される。遮光膜４はレバー２の基部３とは反対の面とチップ１の表面に形成される。レバー２の基部３とは反対の面すべてに遮光膜４を形成する必要は無いが、その方が好ましい。微小開口５は、チップ１の遮光膜４が無い部分である。チップ１の頂点は遮光膜４の端面よりも突出している。また、チップ１の先端は、遮光膜４の端面と同一平面内に位置していても良い。近視野光プローブ１０００に外部から入射光９９９を導入することによって、近視野光プローブ１０００は、微小開口５から近視野光を照射することができる。また、微小開口５によって、試料の光情報を検出することも可能である。さらに、微小開口５からの近視野光照射と微小開口での試料の光情報の検出を同時に行うことも可能である。

チップ１およびレバー２は、走査型近視野顕微鏡で用いられる入射光９９９の波長に対して透明な材料で形成される。入射光９９９の波長が可視領域の場合、二酸化珪素やダイヤモンドなどの誘電体や、ポリイミドをはじめとするポリマーがある。また、入射光９９９の波長が紫外領域では、チップ１およびレバー２の材料として、二フッ化マグネシウムや二酸化珪素などの誘電体がある。また、入射光９９９の波長が赤外領域の場合、チップ１およびレバー２の材料として、ジンクセレンやシリコンなどがある。基部３の材料は、シリコンや二酸化珪素などの誘電体や、アルミニウムやチタンなどの金属である。遮光膜４の材料は、アルミニウムや金などの入射光９９９、または／および、微小開口５によって検出した光の波長に対する遮光率の高い材料で形成される。

チップ１の高さは、数μｍ〜１０数μｍである。レバー２の長さは数十μｍから数千μｍである。また、レバー２の厚みは、数μｍ程度である。遮光膜４の厚さは遮光率によって異なるが、数十ｎｍから数百ｎｍである。図１中、下面からみた微小開口５の大きさおよび形状は、直径が入射光９９９、または／および、微小開口５によって検出した光の波長以下の円、または、その円に内接する多角形である。

図２に、近視野光プローブ１０００のチップ１の近傍が試料６に近接した状態を示した側面図を示す。なお、簡単のため遮光膜４は省略している。近視野光プローブ１０００は、角度θ１だけ傾いた状態で試料６に近接している。ここで、チップ１の高さをＨ、チップ１の先端からレバー２の先端までの距離をＬ１とすると、
Ｌ１ ＝ Ｈ／ｔａｎθ１ …（1）
の時に、チップ１とレバー２の先端が同時に試料６に接触するため、走査型プローブ顕微鏡用のプローブとして使用することができない。従って、近視野光プローブ１０００は、
Ｌ１ ＜ Ｈ／ｔａｎθ１ …（２）
を満たさなければならない。入射光９９９を近視野光プローブ１０００に入射する際に、光信号のＳ／Ｎ比を向上させるためには、入射光９９９のレバー２上でのスポットの半径をＲ１とすると、
Ｒ１ ＜ Ｌ１ …（３）
を満たす遮光領域を設けなければならない。従って、Ｌ１は、
Ｒ１ ＜ Ｌ１ ＜ Ｈ／ｔａｎθ１ …（４）
を満たさなければならない。

本発明の実施例１に関わる近視野光プローブ１０００を搭載した走査型プローブ顕微鏡２００００の構成を図３に示す。ここでは簡単のため近視野光プローブ１０００をコンタクトモードで制御する場合について説明する。この走査型プローブ顕微鏡２００００は、図１に示した近視野光プローブ１０００と、光情報測定用の光源６０１と、光源６０１の前面に配置したレンズ６０２と、レンズ６０２で集光した光を近視野光プローブ１０００まで伝搬する光ファイバ６０３と、試料６１０の下方に配置されチップ１０の先端で発生した伝搬光を反射するプリズム６１１と、プリズム６１１で反射した伝搬光を集光するレンズ６１４と、集光した伝搬光を受光する光検出部６０９と、を備えている。

また、近視野光プローブ１０００の上方には、レーザ光を出力するレーザ発振器６０４と、近視野光プローブ１０００のレバーと遮光膜の界面で反射したレーザ光を反射するミラー６０５と、反射したレーザ光を受光して光電変換する上下２分割した光電変換部６０６とを備えている。さらに、試料６１０およびプリズム６１１をＸＹＺ方向に移動制御する粗動機構６１３および微動機構６１２と、これら粗動機構６１３および微動機構６１２を駆動するサーボ機構６０７と、装置全体の制御をするコンピュータ６０８とを備えている。

つぎに、この走査型プローブ顕微鏡２００００の動作について説明する。レーザ発振器６０４から放出したレーザ光は、近視野光プローブ１０００のレバーと遮光膜の界面で反射する。近視野光プローブ１０００のレバーは、微小開口と試料６１０の表面が接近すると、試料６１０との間の引力または斥力によってたわむ。このため、反射したレーザ光の光路が変化することとなり、これを光電変換部６０６で検出する。

光電変換部６０６により検出された信号は、サーボ機構６０７に送られる。サーボ機構６０７は、光電変換部６０６で検出した信号に基づいて、試料６１０に対する近視野光プローブ１０００のアプローチや、表面の観察の際に、近視野光プローブ１０００のたわみが一定となるように、粗動機構６１３および微動機構６１２を制御する。コンピュータ６０８は、サーボ機構６０７の制御信号から表面形状の情報を受け取る。

また、光源６０１から放出された光はレンズ６０２により集光され、光ファイバ６０３に至る。光ファイバ６０３内を伝搬した光は、近視野光プローブ１０００のチップにレバーを通して導入され、微小開口から試料６１０に照射される。一方、プリズム６１１により反射した試料６１０の光学的情報は、レンズ６１４により集光され、光検出部６０９に導入される。光検出部６０９の信号は、コンピュータ６０８のアナログ入力インタフェースを介して取得され、コンピュータ６０８により光学的情報として検出される。なお、チップへの光入射方法は、光ファイバ６０３を用いずに、光源６０１から放出された光をレンズによって直接チップ上へ集光して入射光を導入する方法でも良い。

また、ここでは主に、近視野光プローブ１０００に光を入射し、微小開口５から試料に近視野光を照射するイルミネーションモードについて説明したが、試料６の表面に発生した近視野光を微小開口５によって検出するコレクションモードにおいても、近視野光プローブ１０００を用いることができる。また、イルミネーションモードとコレクションモードを同時に行う観察方法においても、近視野光プローブ１０００を用いることができるのは、言うまでもない。さらに、図２では、試料６を透過した光を検出する透過モードについて説明したが、試料６で反射した光を検出する反射モードにおいても近視野光プローブ１０００を用いることができる。また、近視野光プローブ１０００をバイモルフなどで加振することによって、レバー２を振動させ、チップ１と試料６との間に働く斥力や引力によって生じる、レバー２の振幅の変化や、レバー２の振動の周波数変化を一定に保つようにチップ１と試料６との距離を制御するダイナミックフォースモードでも近視野光プローブ１０００を用いる事ができるのは言うまでもない。

以上説明したように、実施例１の近視野光プローブ１０００によれば、微小開口５の上部が透明体で充填された構造であるため微小開口５に異物が侵入することがない。したがって、近視野光プローブ１０００から発生する近視野光の強度が安定する。また、走査型近視野顕微鏡で用いられる光源の波長に対して透明な材料によって充填されたチップ１によって、チップ１の耐衝撃性や、耐摩耗性が向上する。また、チップ１を構成する材料の屈折率は空気よりも大きいため、チップ１内を伝搬する光の波長が空気中よりも短くなる。したがって、空気中を伝搬して微小開口５を透過する場合よりも、微小開口５を透過する光量が多くなるため、微小開口５から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、チップ１の先端が遮光膜4の端面よりも突出した構造である場合、チップ１の先端半径が小さいため、走査型プローブ顕微鏡の凹凸像や光像の解像度を向上させることができる。さらに、チップ１の先端と微小開口５の中心位置が一致するため、凹凸像と光像の位置ずれ非常に小さい。また、Ｌ１が式（４）を満たすことによって、チップ１の先端が試料に近接し、かつ、入射光９９９を完全に遮光することができるため、凹凸像と光像を安定して取得することができる。また、走査型近視野顕微鏡１０００に光を入射するためのレンズのNAを大きくしても、レバー２が透明体であるため、チップ１に入射する光のケラレがないため、効率良く微小開口５まで入射光を導くことができ、微小開口５から照射される近視野光の発生効率を大きくすることができる。また、レンズによって集光され透明体であるレバー２およびチップ１を伝搬して微小開口５から近視野光を発生させる近視野光プローブ１０００は、入射光の波長に対して透過率の高い波長領域が広い。したがって、分光分析などの応用分野に走査型プローブ顕微鏡２００００を使用することができる。また、強度の大きな近視野光を発生させることができるため、フォトリソグラフィー、光造形、光ＣＶＤ、熱的加工などに必要なエネルギー密度を持つ近視野光を照射することができ、光加工装置として走査型プローブ顕微鏡２００００を用いることができ、同時に、凹凸像の分解能の高い近視野光プローブ１０００を用いて加工形状の観察を行うことができる。分光分析や加工装置としての走査型プローブ顕微鏡２００００は、近視野光プローブ１０００から発生する近視野光の強度が大きいため、分析や加工にかかる時間を短くすることができる。また、近視野光プローブ１０００をマルチカンチレバーにすることによって、大面積を短時間で分析、加工することができる。

次に、本発明の実施例１による近視野光プローブ１０００の製造方法を、図４と図５に基づいて説明する。

図４（ａ）は、基板１０２上にチップ１およびレバー２となる透明体１０１を堆積した状態を示している。なお、以下では、図の上部をおもて面、下部を裏面と呼ぶ。裏面にマスク材１０３を有する基板１０２上に、プラズマＣＶＤやスパッタなどによって透明体１０１を堆積する。透明体１０１の堆積量はチップ１の高さとレバー２の厚みの和程度、あるいは若干厚めである。

透明体１０１を堆積した後、図４（ｂ）に示すように、透明体１０１上に、チップ用マスク１０４をフォトリソグラフィー等の方法で形成する。チップ用マスク１０４にはフォトレジストやポリイミドなどの誘電体が用いられる。

チップ用マスク１０４を形成した後、ウエットエッチングやドライエッチングなどの等方性エッチングによって、図４（ｃ）に示すようにチップ１を形成する。

チップ１を形成した後、図５（ａ）に示すように、透明体１０１上にレバー用マスク１０５を形成する。

レバー用マスク１０５を形成した後、図５（ｂ）に示すように、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等の異方性ドライエッチングによって、レバー２を形成する。

レバー２を形成した後、フォトリソグラフィーによってマスク材１０３をパターニングする。その後、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）による結晶異方性エッチングや、異方性ドライエッチングなどによって、図５（ｃ）に示すように、レバー２のリリースと基部３の形成を行う。

最後に、遮光膜４をおもて面に堆積し、遮光膜４の不要な部分を集束イオンビームや観察時にチップ１を試料に押しつけることによって取り除き、図５（ｄ）に示すように、微小開口５を形成し、近視野光プローブ１０００を得ることができる。

以上説明した製造方法によれば、本発明の実施例１に係る近視野光プローブ１０００を製造することができる。また、上述した製造方法ではシリコンプロセスを用いているため、近視野光プローブを大量に、再現性良く製造することができる。従って、近視野光プローブ１０００を安価に提供することができる。また、レバー２を小型化することが容易であるため、近視野光プローブのレバー２の共振周波数を高くすると同時にバネ定数を小さくすることができる。従って、走査型プローブ顕微鏡において、チップ１の先端と試料６１０との距離制御を安定して行うことができ、かつ、チップ１の先端及び試料６１０の損傷を抑えることができ、さらに、走査型プローブ顕微鏡の走査速度を大きくすることができる。また、透明体１０１とチップ用マスク１０４の密着性を制御することによって、任意のチップ１の先端角を得ることができる。従って、チップ先端の先端角を大きくすることによって、微小開口５から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、チップ１の形成工程を複数回行うことによって、複数のテーパ角を持つチップ１を得ることができる。したがって、チップ１の先端角を小さくし、チップ１の途中までのテーパ角を大きくすることによって、凹凸像と光像の高分解能化と近視野光の高発生効率を同時に満たす近視野光プローブを提供することができる。同様に、微小開口５によって試料の微小領域における光学情報を検出するコレクションモードにおいても、検出効率を向上させることが可能である。また、図４（ｂ）の上面からみたチップ用マスク１０４の外形を円や多角形にすることによって、チップ１の形状を円錐または任意の多角錘にすることができる。チップ１が円錐の場合、微小開口５の形状は円となり、近視野光プローブ１０００に入射する光の偏光特性を制御することにより、任意の偏光特性をもつ近視野光を微小開口５から照射することができる。また、チップ１の形状が多角錘の場合、微小開口５の形状は、多角形となり、特定方向の偏光方向に大きな強度をもつ光を試料に照射することができる。また、基板１０２にフレネルレンズのパターンを形成し、フレネルレンズのパターン上にチップ１を形成することや、透明体１０１の堆積時にチップ１の形成される部分の透明体に屈折率分布を有する部分を形成することや、基板１０２のチップ１を形成する部分にレンズ状の凹部を形成し、透明体１０１を堆積することなどによってチップ１上にレンズを有する近視野光プローブ１０００を得ることができる。従って、微小開口５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。また、近視野光プローブ１０００の製造方法によれば、基部３に複数のレバー２、チップ１、微小開口５を有するマルチカンチレバーを形成することが容易である。マルチカンチレバーによれば、複数のチップ１や微小開口５を同時に走査することが可能でるため、大面積を高速に観察することができる。また、近視野光プローブ１０００の製造方法によれば、同様な製造方法によって作製される圧電素子や静電容量型のセンサをレバー２に集積することが容易であるため、光てこを用いなくても、レバー２のたわみを検出することができる。また、レバー２を水晶をはじめとする圧電体で構成し、電極を形成することによってもレバー２のたわみを検出することができる。さらに、レバー２が水晶で構成された場合、レバー２のたわみ検出、および／または、レバー２の加振を行うこともできる。
（実施例２）
図６は、本発明の実施例２に係る近視野光プローブ２０００の概略図である。近視野光プローブ２０００は、実施例１の近視野光プローブ１０００の構成要素と、レバー２の先端に設けられ、チップ１側から基部３側に広がり、レバー２と同一の材料からなる傾斜部７を有している。図６中にＡ−Ａ' で示される部分の断面を図７に示す。図示するように、傾斜部７はレバー２の外周にも設けられて
いる。

近視野光プローブ２０００のチップ１の近傍が試料６に近接した状態を図８に示す。なお、簡単のため遮光膜４は省略している。近視野光プローブ２０００は角度θ１だけ傾いた状態で試料６に近接している。図８で、Ｌ１は式（１）で定義される長さであり、レバーの厚みをＴ、傾斜部７のテーパ角をθ２とすると、レバーの長手方向における傾斜部７の長さＬ２は、
Ｌ２＝Ｔ／ｔａｎ（９０゜−θ２） …（５）
で求められる。したがって、本発明の近視野光プローブ２０００は、近視野光プローブ１０００よりもＬ２の長さだけ遮光領域を長くすることが可能になる。

傾斜部７以外の近視野光プローブ２０００を構成する部分の材料および寸法は本発明の近視野光プローブ１０００とほぼ同じである。

近視野光プローブ２０００は、走査型プローブ顕微鏡２００００の近視野光プローブ１０００の代わりに用いることができる。

以上説明したように、本発明の近視野光プローブ２０００によれば、本発明の第１の実施例よりも、遮光領域を広げることが可能であり、カンチレバー表面での反射による漏れ光による影響が少なくなるため、Ｓ／Ｎ比の良い光学像を得ることができる。また、近視野光プローブ２０００の遮光領域を広げることによって、走査型プローブ顕微鏡２００００において、光ファイバー６０３とレバー２の間隔を広げても漏れ光の影響を受けずに光学像を得ることができる。さらに、走査型プローブ顕微鏡２００００の近視野光プローブ２０００への光入射手段がレンズのみによる集光である場合、レンズのNAが小さくても、漏れ光の影響を受けずにＳ／Ｎ比の良い光学像を得ることが可能である。また、一般に、レンズのNAが小さいほど、レンズの焦点距離が長くなり、かつ、レンズの焦点深度が大きくなるため、近視野光プローブ２０００とレンズの間隔を大きく取ることができるため、近視野光プローブ２０００の位置あわせが容易になり、走査型プローブ顕微鏡２００００の操作を簡易化できる。

本実施例による近視野光プローブ２０００の製造方法は、実施例１の近視野光プローブ１０００の製造方法とほぼ同様である。近視野光プローブ２０００の製造方法では、図５（ｂ）で説明した工程において、ウエットエッチングやドライエッチングによる等方性エッチングを用いることによって、傾斜部７を得ることができる。

したがって、本実施例２の近視野光プローブ２０００の製造方法によれば、近視野光プローブ１０００と同様の効果が得られる。また、本実施例２のように傾斜部７に遮光膜４を形成することは、本実施例１の近視野光プローブ１０００のレバー２側面に遮光膜４を形成するよりも容易であるため、近視野光プローブ２０００のレバー２側面に対する遮光が容易になる。
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３に係る近視野光プローブ３０００の概略図であり、走査型プローブ顕微鏡２００００に搭載して使用することができる。近視野光プローブ３０００は、実施例１の近視野光プローブ１０００の構成要素と、レバー２の先端に設けられ、チップ１と反対側にのびる連結部８、および、連結部８からレバー２とほぼ並行に伸びるように形成されたひさし部９を有している。

連結部８、及び、ひさし部９は、レバー２と一体に形成されており、同一材料を用いて形成されている。また、連結部８、および、ひさし部９は、レバー２と別の材料を用いても良く、この場合、連結部８、および、ひさし部９の材料は、走査型プローブ顕微鏡２００００における光源６０１から照射される光の波長に対して、不透明な材料でもよい。

図１０は、近視野光プローブ３０００のチップ１の先端が試料６に近接した状態を示した図である。なお、簡単のため遮光膜４は省略している。近視野光プローブ２０００は、角度θ１だけ傾いた状態で試料６に近接している。図８において、Ｌ１は式（１）で定義される長さであり、連結部８の高さをＤとすると、ひさし部９の先端が試料６に接触するときの長さは、Ｌ１＋Ｌ３となる。ここで、
Ｌ３＝Ｄ／ｔａｎ（θ１） …（６）
である。従って、本発明の近視野光プローブ３０００は、近視野光プローブ１０００よりもL３の長さまで遮光領域を長くすることが可能になる。また、ひさし部９の先端に、本発明の実施例２で説明した傾斜部７を付加することによって、さらに遮光領域を広げられることは言うまでもない。レバー２とひさし部９との間隔Dは、１〜１０００μｍである。連結部８、および、ひさし部９以外の構成要素の各寸法は、近視野光プローブ１０００と同様である。図１１および図１２は、近視野光プローブ３０００のチップ１部分の斜視図である。近視野光プローブ３０００のひさし部９は、図１１に示すようにレバー２の先端方向にのみ有っても良いし、図１２に示すようにチップ１の周囲を覆うようにしても良い。図１２に示す形状によれば、図１１の形状に比べ、レバー２の側面方向に対する漏れ光を効率よく遮蔽することができる。

以上述べたように、本発明の第三の実施例によれば、近視野光プローブ３０００は、本発明の第二の実施例よりも、遮光領域を広げることができ、Ｓ／Ｎ比の高い光学像を得ることができる。また、傾斜部７を近視野光プローブ３０００に適用することによって、さらに遮光領域を広げることができる。

図１３〜図１５は、本実施例３の近視野光プローブ３０００の製造方法を説明した図である。なお、以下では、図面の上をおもて面、図面の下を裏面と称す。

まず、図１３（ａ）に示すように、基板３０２上に形成されたマスク３０１を形成し、ＴＭＡＨやＫＯＨによる結晶異方性エッチングや、フッ酸と硝酸の混合液をはじめとするエッチャントによる等方性エッチングや、ＳＦ6 をはじめとする反応性ガスを用いた等方性ドライエッチングなどによって、基板３０２に窪み３０４を形成する。基板３０２の裏面には、マスク材３０３を形成しておく。マスク３０１は、二酸化珪素や窒化珪素やフォトレジストなどの誘電体やアルミニウムやクロムなどの金属を用いる。また、基板３０２は、シリコンやガラスなどの誘電体や、アルミニウムや鉄などの金属を用いる。マスク材３０３は、二酸化珪素や窒化珪素などの誘電体を用いる。窪み３０４の深さは、連結部８の高さＤとほぼ同じである。

次に、マスク３０１を剥離し、図１３（ｂ）に示すように、基板３０２上に透明体３０５をプラズマＣＶＤやスパッタによって形成する。透明体３０５の厚さは、近視野光プローブ３０００のチップ１の高さとレバー２の厚さの和である。

次に、図１３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーを用いて透明体３０５上にチップ用マスク３０６を形成する。チップ用マスク３０６にはフォトレジストや窒化珪素などの誘電体を用いる。

次に、実施例１の図４（ｃ）から図５（ｂ）で説明した方法と同様の方法で、図１４（ａ）から図１４（ｃ）に示すように、チップ１およびレバー２を形成する。レバー２の形成と同時に、連結部８、および、ひさし部９が形成される。

次に、レバー２、連結部８、および、ひさし部９をリリースするために、図１５（ａ）に示すように、おもて面に、リリース用マスク３０７を形成する。リリース用マスク３０７は、窒化珪素や二酸化ケイ素であり、プラズマＣＶＤやスパッタによって堆積し、フォトリソグラフィーによってパターニングする。また、裏面のマスク材３０３をフォトリソグラフィーによってパターニングする。

次に、ＴＭＡＨやＫＯＨによる結晶異方性エッチングによって、図１５（ｂ）に示すように、レバー２、連結部８、および、ひさし部９をリリースし、同時に基部３を形成する。

最後に、リリース用マスク３０７を除去し、遮光膜４をおもて面に形成し、微小開口５をチップ１の先端に形成し、ウエハから取り出すことによって、図１５（ｃ）に示す近視野光プローブ３０００が得られる。また、この工程において、リリース用マスク３０７を除去しなくても、同様な効果を得られる近視野光プローブ３０００を得ることができる。

また、図１４（ｂ）から図１４（ｃ）で説明した、レバー２、連結部８、および、ひさし部９を形成する工程において、フッ酸をはじめとするウエットエッチングやドライエッチングによる等方性エッチングを用いることによって、ひさし部９の先端に傾斜部７を有する近視野光プローブ３０００を得ることができる。

以上説明した製造方法により、実施例３の近視野光プローブ３０００を得ることができる。この製造方法では、シリコンプロセスを用いて近視野光プローブを製造するため、大量に、性能が均一な走査型プローブ３０００を得ることができる。したがって、安価な近視野光プローブ３０００を提供することができる。

また、レバー２の先端にひさし部９、連結部８といったおもりを設けることによって、近視野光プローブ３０００の共振周波数は、近視野光プローブ１０００や近視野光プローブ２０００の共振周波数よりも低くなる。ダイナミックフォースモードにおける走査型近視野顕微鏡では、近視野光プローブの共振周波数と入射光の強度変調の周波数を同期させて、その変調信号をロックインアンプで検出し、光像のＳ／Ｎ比を向上させている。しかしながら、一般的に変調信号の周波数が大きくなるほど光像の信号のノイズが多くなり、Ｓ／Ｎ比が低下する。したがって、共振周波数の低い近視野光プローブ３０００によれば、Ｓ／Ｎ比の良い光像を取得することができる。
（実施例４）
図３では、近視野光プローブ１０００を用いることにより、顕微鏡として機能する基本構造の例を示しているが、より光強度の強い近視野光を微小開口から発生させることで、加工や計測などを可能とする近視野光装置を提供することができる。近視野光プローブ１０００の微小開口５から光強度の強い近視野光を発生させるためには、微小開口に光密度の高い光を導入する必要がある。

図１８に本発明の第４の実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図を示す。基本的には図３に示した走査型プローブ顕微鏡２００００の構成と同じであり、同一箇所は図示や説明を省略する。光源（図示省略）からの光６２２を、鏡筒６２０に支持された集光レンズ６２１により微小開口５に集光する。ここで、開口数（ＮＡ）の大きな集光レンズ６２１を用いるほど微小開口５に光を集光することができるので、より光強度の強い近視野光を発生させることができる。しかし、ＮＡの大きな集光レンズ６２１は、作動距離（ＷＤ）が短くなる。図３で示したように、いわゆる光てこ法を用いてレバーのたわみや振幅の変化を検出する方法においては、ＷＤが短い場合には近視野光プローブ１０００上部のスペースが少ない。そのため、光てこ用の構成部材や光路と、集光レンズ６２１や鏡筒６２０などが干渉して、ＮＡの大きな集光レンズ６２１を用いることが困難である。

例えば光てこ法では、レーザー発振器６０４から出射した光をミラー６２３で折り曲げて近視野光プローブ１０００のレバーに照射し、その反射光を上下２分割の光電変換部６０６で検出する。ここで、レーザー発振器６０４や光電変換部６０６は、近視野光プローブ１０００のレバーと略同一平面内にある。そして、光てこの光路折り曲げ用に用いるミラー６２３を鏡筒６２０に取り付け、集光レンズ６２１とミラー６２３を一体にして、小型化、省スペース化する。これにより、光てこ用の光路や部材と、集光レンズ６２１や鏡筒６２０が干渉することなく、ＮＡの大きな集光レンズ６２１を用いることが可能となる。

さらに、別の構成例を示す。図１９に本発明の第４の実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図を示す。近視野光プローブ１０００のレバーに対して垂直な断面での構成を示す。ここでは、レーザー発振器６０４や光電変換部６０６は近視野光プローブ１０００のレバーに略垂直面内にある。このような配置にすれば、近視野光プローブ１０００やそのホルダーなどに干渉することなく、レーザー発振器６０４や光電変換部６０６を試料面に近づけ、レバーに対して大きな入射角でレーザー発振器６０４からの光を反射させることができる。このような構成でも、従来と同様にレバーのたわみや振動振幅の変化を検出可能である。そして、光路と集光レンズ６２１とが干渉することなく、多きなＮＡの集光レンズ６２１を用いることが可能となる。

さらに、別の構成例として、図２０に本発明の第４の実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図を示す。これも図１９と同様に、レーザー発振器６０４や光電変換部６０６は、近視野光プローブ１０００のレバーに略垂直面内にある。ここでは、レーザー発振器６０４からの光をレバーで反射させるのではなく、レバーを通してその回折光を光電変換部６０６で検出する。このような構成でも、従来と同様にレバーのたわみや振動振幅の変化を検出可能である。よって、図１９と同様の効果を得ることができる。

さらに、別の構成例として、図２１に本発明の第４の実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成を示す。ここでは、チップ上にレンズ６３７を形成した近視野光プローブ１０００を用いている。この近視野光プローブ１０００を用いることにより、集光レンズ６３８のＮＡが小さくても、集光レンズ６３８とレンズ６３７からなる複合レンズ系としてのＮＡを大きくすることができる。よって、ＷＤの長い集光レンズ６３８と、通常の光てこの構成を用いても、微小開口５に光を集光することができ、微小開口５から大きな強度の近視野光を出射することができる。

以上示した実施例により、微小開口５に光密度の高い光を照射し、それによる光強度の強い近視野光を用いて、加工や精度の高い計測などを行う近視野光装置を提供することができる。
（実施例５）
図２２に本発明の第５の実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図を示す。基本的には図３に示した走査型プローブ顕微鏡２００００の構成と同じであり、同一箇所は図示や説明を省略する。光源（図示省略）からの光を、光ファイバーからなる導入ファイバー６３０で近視野光プローブ１０００近傍まで伝搬させ、導入ファイバー６３０先端に設けたレンズ６３１で集光して微小開口５に導入する。先端にレンズ６３１を設けた導入ファイバー６３０は、通常の光ファイバーの先端を研磨することにより、容易に作製することができる。この構造により、微小開口５に集光した光を導入できるため、微小開口５から強度の強い近視野光を出射することができる。さらに、導入ファイバー６３０とレンズ６３１を用いているため、顕微鏡の対物レンズなどより非常にコンパクトで軽量化することができる。そのため、通常の光てこの構成を用いても部材や光路の干渉なく、レバーのたわみや振動振幅の変化を検出することができることは言うまでもない。

本実施例では、さらに、近視野光プローブ１０００と導入ファイバー６３０をファイバーホルダー６３２とプローブホルダー６３３を用いて一体化し、微動機構６３４で微動させる。近視野光プローブ１０００と導入ファイバー６３０が共に小型軽量であるため、一体化しても小型軽量で、微動機構６３４による高速な移動が可能となる。近視野光プローブ１０００のレバーのたわみや振動振幅の変化を検出するためには、小型軽量化が可能なように、ファイバーホルダー６３２に支持された干渉検出ファイバー６３５を用いる。干渉検出ファイバー６３５は通常の光ファイバーであり、干渉検出ファイバー６３５の出射端はレバーに近接して支持される。干渉検出ファイバー６３５の出射端からの光が、レバーの反射面で反射して再び干渉検出ファイバー６３５に戻ってくる。この戻り光強度の変化を干渉検出ファイバー６３５の他端で検出することにより、レバーのたわみや振動振幅の変化などを検出することが可能である。

本実施例のような構成にすることで、近視野光プローブ１０００と微小開口５への光導入光学系、レバーの変位検出系などを一体化し、小型軽量にすることができる。そのため、微小開口５からの近視野光強度を大きくした状態で、近視野光プローブ１０００を微動させることができる。よって、大面積の試料への対応や、高速走査などが可能となる。本実施例では、干渉検出ファイバー６３５を用いたが、例えば静電容量センサなどを用いても小型軽量化できるので、同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施例４及び実施例５に述べた内容は、光てこ法を用いなくても、近視野光プローブ１０００がレバーのたわみや振動振幅の検出機能を有している場合には、大きなＮＡの集光レンズを用いることが容易となるだけでなく、より小型軽量化できるため望ましいことは言うまでもない。例えば、レバーに圧電薄膜を積層形成することで、レバーのたわみを検出することも可能となる。
（実施例６）
図２３は、実施例６に係る近視野光プローブ７０００の概略図であり、走査型プローブ顕微鏡２００００に搭載して使用することができる。図１に示す近視野光プローブ１０００と同一箇所には同じ符号を用いて説明する。近視野光プローブ７０００は、図１に示す近視野光プローブ１０００の構成におもり部７０１を加えた構成からなる。おもり部７０１は、レバー２の長さＬｘ方向に対して、チップ１とレバー２の固定端７０２との間のレバー２上に形成される。おもり部７０１の高さＨ２は、チップ１の高さＨ１と同じかそれよりも低い。なお、おもり部７０１は、近視野光プローブ２０００および近視野光プローブ３０００上にも同様に形成してもよい。近視野光プローブ７０００は、図２に示した近視野光プローブ１０００と同様に、ある角度θ１だけ傾けた状態で試料に近接している。したがって、チップ１の先端が試料と近接しているときに、おもり部７０１が試料と干渉することはない。おもり部７０１の材質はチップ１と同じである。

本実施例による近視野光プローブ７０００の製造方法は、前述した近視野光プローブ１０００の製造方法とほぼ同様である。図２４（ａ）は図４（ｂ）で説明した工程に対応する図である。本実施例の近視野光プローブ７０００の製造方法においては、図２４（ａ）に示すようにチップ用マスク１０４と同時におもり部７０１を形成するためのマスク７０３を形成する。その後、図２４（ｂ）に示すように、ウエットエッチングやドライエッチングによって、チップ１およびおもり部７０１を形成する。その後の工程は、図４（ｄ）以降と同じである。以上説明したように、本発明の近視野光プローブの製造方法によれば、大量生産性を損なわずにおもり部７０１を形成することができる。また、その他の近視野光プローブの製造方法においても、チップ用マスク１０４とおもり部７０１を形成するためのマスクを同時に形成するだけでおもり部７０１を形成することができる。また、同一の透明膜を同時にエッチングすることによってチップ１およびおもり部７０１を形成する事によって、おもり部７０１の高さＨ２をチップ１の高さＨ１と同じかそれよりも低く形成する事が容易になる。

近視野光プローブ７０００のレバー２の形状は、近視野光プローブ１０００または近視野光プローブ２０００と同様である。しかしながら、近視野光プローブ７０００のレバー２には、おもり部７０１がレバー２の固定端７０２よりもチップ１側に形成されているため、近視野光プローブ７０００の共振周波数は、近視野光プローブ１０００、近視野光プローブ２０００および近視野光プローブ３０００よりも低い。したがって、実施例３で述べたように、共振周波数の低い近視野光プローブ７０００によれば、光像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

さらに、レバー２上におもり部７０１を形成した近視野光プローブ７０００によれば、レバー２上のおもり部７０１を形成した部分が厚いため、近視野光プローブ１０００、近視野光プローブ２０００および近視野光プローブ３０００よりもバネ定数が大きくなる。バネ定数の大きな近視野光プローブ７０００は、遮光領域を設けたことによって生じるエアダンピングによる影響を低減でき、近視野光プローブ１０００、近視野光プローブ２０００および近視野光プローブ３０００よりも安定した動作特性が得られる。
（実施例７）
本発明の実施例７に係る近視野光プローブ８０００の概略を図２５に示す。実施例７に係る近視野光プローブ８０００を走査型プローブ顕微鏡２００００に搭載して使用することができる。図２３に示した近視野光プローブ７０００と同一箇所には同じ符号を用いて説明する。近視野光プローブ８０００は、レバー２のチップ１が形成された面と反対側におもり部８０１が形成される。おもり部８０１は、レバー２の固定端７０２よりも自由端側に形成される。おもり部８０１の厚さＴ１は５００ｎｍ〜数１０μｍである。また、おもり部８０１の長さはレバー２の長さＬｘよりも短く、おもり部８０１の幅はレバー２の幅よりも狭い。おもり部８０１の材料はレバー２およびチップ１と同じでもよいし、別の材料でも良い。なお、おもり部８０１は、近視野光プローブ２０００，近視野光プローブ３０００および近視野光プローブ７０００にも形成できる。

本発明の実施例７に係る近視野光プローブ８０００によれば、本発明の実施の形態６で説明した効果に加え、おもり部８０１が、チップ１を形成した側と反対側に形成されているため、大きな起伏を有する試料を観察する場合でもおもり部８０１が試料と干渉することがないという効果がある。

図２６を用いて本実施例の近視野光プローブ８０００の製造方法を説明する。なお、図４〜５に示す近視野光プローブ１０００の製造方法と同一箇所には同じ符号を用いて説明する。

まず、図２６（ａ）に示すように、基板１０２上に段差形成用マスク８０２を形成し、ウエットエッチングやドライエッチングによって基板１０２に段差８０３を形成する。段差８０３の深さはおもり部８０１の厚さＴ１と同じである。

次に、段差形成用マスク８０２を除去し、図２６（ｂ）に示すように、段差８０３を形成した基板１０２上におもり部用材料８０４を堆積する。おもり部用材料８０４の厚さは、段差８０３の深さよりも厚い。おもり部用材料８０４の材料はおもり部８０１の材料と同一である。

次に、研磨、エッチバックなどの方法によって、おもり部用材料８０４を除去していき、図２６（ｃ）に示すように、基板１０２におもり部用材料８０４が埋め込まれた形状を形成する。

次に、図２６（ｄ）に示すように、透明体１０１を堆積する。これ以降の工程は、基板１０２におもり部用材料８０４が埋め込まれていること以外は、実施例１で説明した近視野光プローブ１０００の製造方法と同じであるため、説明を省略する。

以上説明したように、本実施例の近視野光プローブ８０００の製造方法によれば、近視野光プローブ８０００をバッチプロセスによって作製する事ができる。したがって、大量生産によって安価な近視野光プローブ８０００を提供することができる。

また、本発明の実施例１に係る近視野光プローブの製造方法によれば、近視野光プローブを製造することができる。また、上記で説明した製造方法は、シリコンプロセスを用いているため、近視野光プローブを大量に、再現性良く製造することができる。したがって、近視野光プローブを安価に提供することができる。また、レバーを小型化することが容易であるため、近視野光プローブのレバーの共振周波数を高くし、同時に、バネ定数を小さくすることができる。従って、走査型プローブ顕微鏡において、チップの先端と試料との距離制御を安定して行うことができ、かつ、チップの先端及び試料の損傷を抑えることができ、さらに、走査型プローブ顕微鏡の走査速度を大きくすることができる。また、透明体とチップ用マスクの密着性を制御することによって、任意のチップの先端角を得ることができる。従って、チップ先端の先端角を大きくすることによって、微小開口から照射または／および検出される近視野光の強度を大きくすることができる。また、チップの形成工程を複数回行うことによって、複数のテーパ角を持つチップを得ることができる。従って、チップの先端角を小さくし、チップの途中までのテーパー角を大きくすることによって、凹凸像と光像の高分解能化と近視野光の高発生効率を同時に満たす近視野光プローブを提供することができる。また、図４（ｂ）の上面からみたチップ用マスクの外形を円や多角形にすることによって、チップの形状を円錐または任意の多角錘にすることができる。チップが円錐の場合、微小開口の形状は円となり、近視野光プローブに入射する光の偏光特性を制御することにより、任意の偏光特性をもつ近視野光を微小開口から照射することができる。また、チップの形状が多角錘の場合、微小開口の形状は、多角形となり、特定方向の偏光方向に大きな強度をもつ光を試料に照射することができる。また、基板にフレネルレンズのパターンを形成し、フレネルレンズのパターン上にチップ１を形成することや、透明体の堆積時にチップの形成される部分の透明体に、屈折率分布を有する部分を形成することや、基板のチップを形成する部分に、レンズ状の凹部を形成し、透明体を堆積することなどによってチップ上にレンズを有する近視野光プローブを得ることができる。従って、微小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。また、近視野光プローブの製造方法によれば、基部に複数のレバー、チップ、微小開口を有するマルチカンチレバーを形成することが容易である。マルチカンチレバーによれば、複数のチップや微小開口を同時に走査することが可能でるため、大面積を高速に観察することができる。また、近視野光プローブの製造方法によれば、同様な製造方法によって作製される圧電素子や静電容量型のセンサをレバーに集積する事が容易であるため、光てこを用いなくても、レバーのたわみを検出することができる。また、水晶をはじめとする圧電体でレバーを構成し、電極を形成することによってもレバーのたわみを検出することができる。さらに、レバーが水晶で構成された場合には、レバーのたわみ検出、および／または、レバーの加振を行うこともできる。

また、本発明の第２の実施例によれば、本発明の第１の実施例よりも、遮光領域を広げることが可能であり、カンチレバー表面での反射による漏れ光による影響が少なくなるため、Ｓ／Ｎ比の良い光学像を得ることができる。また、近視野光プローブの遮光領域を広げることによって、走査型プローブ顕微鏡において、光ファイバーとレバーの間隔を広げても漏れ光の影響を受けずに、光学像を得ることができる。さらに、走査型プローブ顕微鏡の近視野光プローブへの光入射または／および近視野光プローブからの検出手段がレンズのみによる集光である場合、レンズのＮＡが小さくても、漏れ光の影響を受けずにＳ／Ｎ比の良い光学像を得ることが可能である。また、一般に、レンズのＮＡが小さいほど、レンズの焦点距離が長くなり、かつ、レンズの焦点深度が大きくなるため、近視野光プローブとレンズの間隔を大きく取ることができるため、近視野光プローブの位置あわせが容易になり、走査型プローブ顕微鏡の操作を簡易化できる。

また、本発明の第２実施例で説明した製造方法によれば、本発明の第２実施例の近視野光プローブ２０００を容易に製造でき、第１実施例で説明した製造方法と同様の効果が得られる。また、第２実施例の近視野光プローブ製造方法によれば、傾斜部に遮光膜を形成することは、第１実施例の近視野光プローブのレバー側面に遮光膜を形成するよりも容易であるため、第２実施例の近視野光プローブのレバー側面に対する遮光が容易になる。

また、本発明の第３実施例によれば、近視野光プローブは、本発明の第２実施例よりも、遮光領域を広げることができ、Ｓ／Ｎ比の高い光学像を得ることができる。また、第２実施例で説明した傾斜部を第３実施例の近視野光プローブに適用することによって、さらに遮光領域を広げることができる。

また、本発明の第３実施例による製造方法によれば、第３実施例で説明した近視野光プローブを得ることができ、かつ、シリコンプロセスを用いて製造するため、大量に、性能が均一な近視野光プローブを得ることができる。したがって、安価な近視野光プローブを提供することができる。

また、本発明の第３の実施例によれば、レバーの先端にひさし部、連結部といったおもりを設けることによって近視野光プローブ共振周波数を低くすることができ、Ｓ／Ｎ比の良い光像を取得することができる。

また、本発明の第４実施例によれば、光てこ法や同様の方法を用いてレバーのたわみや振動振幅の変化を検出すると共に、ＮＡの大きな集光レンズを用いることができるため、微小開口に光密度の高い光を導入でき、微小開口から出射される近視野光強度を大きくすることができる。よって、本発明の近視野光装置は、観察に用いる顕微鏡としてだけではなく、Ｓ／Ｎの高い計測や加工などの用途にも使用可能となる。

また、本発明の第５実施例によれば、微小開口への光導入系や、レバーのたわみや振動振幅の変化検出系を小型軽量にできるため、近視野光プローブとそれらを一体化して、高速に微動させることができる。そのため、近視野光プローブを用いて大面積の試料を観察測定することや、近視野光プローブを高速走査することなどが可能となる。

また、本発明の第６実施例によれば、共振周波数が低く、かつ、バネ定数の大きな近視野光プローブが得られ、光像のＳ／Ｎ比を向上させることと、エアダンピングによる影響を低減した安定した動作特性が得られる。また、本発明の第６実施例による製造方法によれば、第６実施例で説明した近視野光プローブを得ることができるとともに、バッチプロセスによって製造できるため、安価で、性能が均一な近視野光プローブを提供することができる。また、同一の透明膜を同時にエッチングすることによりチップおよびおもり部を形成する事によって、おもり部の高さをチップの高さと同じかそれよりも低く形成する事が容易になる。

また、本発明の第７の実施例によれば、本発明の第６実施例の効果に加えて、カンチレバー上のおもりが、チップが形成された側と反対側に形成されているため、起伏の大きな試料の観察において、おもりが試料と接触することがない。したがって、起伏の大きな試料の観察を安定して行うことができる。また、本発明の第７の実施例による製造方法によれば、第７実施例で説明した近視野光プローブを得ることができるとともに、バッチプロセスによって製造できるため、安価で、性能が均一な近視野光プローブを提供することができる。

本発明の第１の実施例による近視野光プローブの構成図である。 本発明の第１の実施例による近視野光プローブのチップが試料と近接した状態を表す図である。 本発明の第１実施例による近視野光プローブを用いた走査型プローブ顕微鏡の構成図である。 本発明の第１実施例による近視野光プローブの製造方法を説明した図である。 本発明の第１実施例による近視野光プローブの製造方法を説明した図である。 本発明の第２実施例による近視野光プローブの構成図である。 本発明の第２実施例による近視野光プローブの断面図である。 本発明の第２実施例による近視野光プローブのチップが試料と近接した状態を表す図である。 本発明の第３実施例による近視野光プローブの構成図である。 本発明の第３実施例による近視野光プローブのチップが試料と近接した状態を表す図である。 本発明の第３実施例による近視野光プローブの先端部分の斜視図である。 本発明の第３実施例による近視野光プローブの先端部分の斜視図である。 本発明の第３実施例による近視野光プローブの製造方法を説明した図である。 本発明の第３実施例による近視野光プローブの製造方法を説明した図である。 本発明の第３実施例による近視野光プローブの製造方法を説明した図である。 従来の光ファイバープローブの構成図である。 従来のＳＮＯＭ用プローブの構成図である。 本発明の第４実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図である。 本発明の第４実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図である。 本発明の第４実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図である。 本発明の第４実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図である。 本発明の第５実施例による近視野光プローブを用いた近視野光装置の一部の構成図である。 本発明の第６実施例による近視野光プローブの構成図である。 本発明の第６実施例による近視野光プローブの製造方法を説明した図である。 本発明の第７実施例による近視野光プローブの構成図である。 本発明の第７実施例による近視野光プローブの製造方法を説明した図である。

符号の説明

１ チップ
２ レバー
３ 基部
４ 遮光膜
５ 微小開口
６ 試料
７ 傾斜部
８ 連結部
９ ひさし部
Ｈ チップの高さ
θ１ カンチレバーの傾斜角度
Ｒ１ 入射光のスポット径または／および微小開口によって検出した光を検出
器に集光するレンズのカンチレバー上でのスポット径
Ｌ１ チップの中心からカンチレバーの自由端までの距離
６０４ レーザ発振器
６０６ 光電変換部
６２１ 集光レンズ
６３０ 導入ファイバー
６３１ レンズ
６３５ 干渉検出ファイバー
７０１、８０１ おもり部

Claims (18)

1. カンチレバーと、
   前記カンチレバーを支持する基部と、
   前記カンチレバーに形成され、前記基部とは反対側の面に形成された錘状のチップと、
   前記チップの先端に形成された微小開口と、
   前記カンチレバーの前記基部とは反対側の面、及び、前記チップの前記微小開口以外の面に形成された遮光膜と、を備え、
   前記チップの高さをＨ、前記カンチレバーの傾斜角度をθ１、前記チップに入射する入射光の前記カンチレバー上でのスポット径または／および前記微小開口によって検出し、検出器に入射する光の前記カンチレバー上でのスポット径をＲ１、前記チップの中心から前記カンチレバーの自由端までの距離をＬ１としたとき、
   Ｒ１＜Ｌ１＜Ｈ／ｔａｎθ１
   を満たすＬ１を有し、
   前記カンチレバーの側面が、前記チップ側から前記基部側に広がるような傾斜部を有することを特徴とする近視野光プローブ。
2. 前記カンチレバーの先端が、前記チップ側から前記基部側に広がるような傾斜部を有していることを特徴とする請求項１に記載の近視野光プローブ。
3. 前記カンチレバーの先端に、前記基部側に突出するように形成された薄板状の連結部が形成され、前記連結部から前記カンチレバーの長手方向と略平行に伸びる薄板状のひさし部が形成されている事を特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の近視野光プローブ。
4. 前記カンチレバー上に、前記カンチレバーの固定端よりも自由端側に、前記チップとは別の凸部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の近視野光プローブ。
5. 前記凸部が、前記カンチレバー上の前記チップが形成された側の前記チップよりも固定端側に形成されており、前記凸部の高さが前記チップの高さ以下であることを特徴とする請求項４に記載の近視野光プローブ。
6. 前記凸部が、前記カンチレバー上の前記チップが形成された側と反対側に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の近視野光プローブ。
7. 請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の近視野光プローブの製造方法であって、前記カンチレバーの外形形成工程が、前記傾斜部を形成するための等方性エッチング工程を含むことを特徴とする近視野光プローブの製造方法。
8. 請求項３に記載の近視野光プローブの製造方法であって、前記連結部および前記ひさし部の形成工程が、基板に段差を形成する工程と、
   前記基板に前記透明材料を堆積する工程を含む事を特徴とする近視野光プローブの製造方法。
9. 請求項４または請求項５のいずれか一項に記載の近視野光プローブの製造方法であって、前記凸部と前記チップを同時に形成する工程を備えることを特徴とする近視野光プローブの製造方法。
10. 請求項４または請求項６のいずれか一項に記載の近視野光プローブの製造方法であって、前記凸部を形成するための型を形成する工程と、前記型に前記凸部となる材料を堆積する工程と、前記凸部となる材料を平坦化する工程と、
    前記凸部となる材料が埋め込まれた基板上に前記チップを形成する工程と、を備えることを特徴とする近視野光プローブの製造方法。
11. 前記凸部となる材料を平坦化する工程が、研磨工程であることを特徴とする請求項１０に記載の近視野光プローブの製造方法。
12. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の近視野光プローブを用いる近視野光装置であって、
    前記微小開口へ光を導入あるいは前記微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、
    前記微小開口と前記試料との距離を検出する検出手段と、
    前記試料および／あるいは前記近視野光プローブを微動させる微動機構と、を備え、
    前記検出手段が光てこ法を用い、
    前記導入／検出光学系のレンズと前記検出手段のミラーとが一体化していることを特徴とする近視野光装置。
13. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の近視野光プローブを用いる近視野光装置であって、
    前記微小開口へ光を導入あるいは前記微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、
    前記微小開口と前記試料との距離を検出する検出手段と、
    前記試料および／あるいは前記近視野光プローブを微動させる微動機構と、を備え、
    前記検出手段が、前記カンチレバーと略垂直な面内に光源と光検出器を有することを特徴とする近視野光装置。
14. 前記光検出器が、前記光源から出射した光の前記カンチレバーでの反射光を検出することを特徴とする請求項１３に記載の近視野光装置。
15. 前記光検出器が、前記光源から出射した光の前記カンチレバーでの回折光を検出することを特徴とする請求項１３に記載の近視野光装置。
16. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の近視野光プローブを用いる近視野光装置であって、
    前記微小開口へ光を導入あるいは前記微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、
    前記微小開口と前記試料との距離を検出する検出手段と、
    前記試料および／あるいは前記近視野光プローブを微動させる微動機構と、を備え、
    前記検出手段が、前記カンチレバーに接近して配置された光ファイバーと前記カンチレバー間での干渉を検出することを特徴とする近視野光装置。
17. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の近視野光プローブを用いる近視野光装置であって、
    前記微小開口へ光を導入あるいは前記微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、
    前記微小開口と前記試料との距離を検出する検出手段と、
    前記試料および／あるいは前記近視野光プローブを微動させる微動機構と、を備え、
    前記検出手段が、前記近視野光プローブに設けられたカンチレバーの変位検出手段であることを特徴とする近視野光装置。
18. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の近視野光プローブを用いる近視野光装置であって、
    前記微小開口へ光を導入あるいは前記微小開口からの光を検出する導入／検出光学系と、
    前記微小開口と前記試料との距離を検出する検出手段と、
    前記試料および／あるいは前記近視野光プローブを微動させる微動機構と、を備え、
    前記導入／検出光学系が、先端にレンズ機能を設けた光ファイバーを有することを特徴とする近視野光装置。

Images