JPH08262038A

JPH08262038A - 微小開口プローブ及び微小開口プローブの製造方法

Info

Publication number: JPH08262038A
Application number: JP7061032A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sugimura; 博之杉村; Takuma Yamamoto; 琢磨山本; Nobuyuki Nakagiri; 伸行中桐
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】微小開口の形状を精度良く形成する。【構成】透明な透明基体１と、透明基体１上に形成さ
れた金属若しくは半導体からなる光遮蔽層２と、光遮蔽
層２の一部を酸化することによって設けられた光透過領
域３と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小な開口を試料表面
に接近させて、高い空間分解能で試料を観察することの
できる走査型近接場光学顕微鏡等に用いられる微小開口
プローブ及び微小開口プローブの製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、生物学や半導体デバイス開発等広
い分野において、非接触、非破壊の高分解能顕微鏡の重
要性が高まっている。従来使用されてきた光学顕微鏡
は、非接触、非破壊という面では優れた特性を持ってい
たが、結像光学系を用いるという原理上、回折限界によ
る分解能の制限のため使用範囲が限られていた。

【０００３】これらの問題を解決し、しかも試料の光学
的な性質が高い分解能で得られる技術に走査型近接場光
学顕微鏡がある。この走査型近接場光学顕微鏡は特開昭
５９−１２１３１０号公報等に開示されている。この走
査型近接場光学顕微鏡の原理は、被測定物を照射すべく
光源から放射された照明光の波長よりも小さい開口によ
って被測定物の表面を走査し、表面形状、表面の光学的
性質等を測定するものであり、開口を被測定物から開口
径よりも短い距離において走査することから、走査型近
接場光学顕微鏡と呼ばれている。そのため、この走査型
近接場光学顕微鏡は微小開口を有する微小開口プローブ
を用いている。

【０００４】この微小開口プローブの製造方法を以下に
説明する。まず、ガラス管を引き延ばして切断すること
によってガラスキャピラリーを作成する。このガラスキ
ャピラリーの切断面の開口は光の波長よりも小さい開口
となるようにする。その後、この開口部を残してガラス
キャピラリーに光反射膜を被覆する。このようにして微
小開口プローブは作成されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
微小開口プローブは、微小な開口を形成するために、ガ
ラス管を引き延ばして切断するという製造方法を用いて
いたため、微小開口の形状を再現性良く形成することが
困難であるという問題点があった。そのため、良好なプ
ローブを作製するためには生産性が著しく悪かった。

【０００６】走査型近接場光学顕微鏡はこの微小開口の
形状が測定結果に反映してしまうため、このように微小
開口の形状が不安定になると測定結果の精度が悪化して
しまうという問題点がある。本発明は上記問題点を鑑み
てなされたものであり、微小開口の形状を精度良く形成
することの可能な微小開口プローブ及び微小開口プロー
ブの製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明の微小
開口プローブは、透明な透明基体と、透明基体上に形成
された金属若しくは半導体からなる光遮蔽層と、光遮蔽
層の一部を酸化することによって設けられた光透過領域
と、を有する（請求項１）。また、この場合（請求項
１）に、光遮蔽層と、透明基体との間に、透明導電膜を
設けることは好ましい（請求項２）。

【０００８】また、これらの場合（請求項１、２）に、
光遮蔽層の光透過領域を除く表面に第２の光遮蔽層を設
けることは好ましい（請求項３）。また、これらの場合
（請求項１、２、３）に、透明基体を光ファイバとし、
光遮蔽層を光ファイバの少なくとも一端の面に形成する
ことは好ましい（請求項４）。

【０００９】また、本発明の微小開口プローブの製造方
法は、透明な透明基体上に金属若しくは半導体からなる
薄膜を形成し、薄膜の一部を酸化することからなる（請
求項５）。また、この場合（請求項５）に、陽極酸化法
によって薄膜の一部を酸化することは好ましい（請求項
６）。また、これらの場合（請求項５、６）に、薄膜を
形成する前に透明基体上に透明導電膜を形成することは
好ましい（請求項７）。

【００１０】また、これらの場合（請求項５、６、７）
に、薄膜の一部を酸化した後に、酸化された領域を除く
薄膜上にメッキ法を用いて金属膜を形成することは好ま
しい（請求項８）。

【００１１】

【作用】本発明による微小開口プローブの一例を図１に
示す。先端が平坦になっている石英ガラス製の四角錐１
の表面に、チタン膜２を真空蒸着によって形成してあ
る。また、四角錐１の先端に付着しているチタン膜２の
一部を陽極酸化によって酸化チタン３とした。チタン膜
の一部だけを陽極酸化するためには、例えば、特開平６
−２５２１３１号公報に開示されているような、高分解
能で金属、半導体薄膜を陽極酸化することのできる方法
を用いる。また、先端にレジストを塗布しそれを電子ビ
ームリソグラフィー等の手段を用いて露光／現像処理し
て作製したレジストパターンを陽極酸化のマスクとし、
レジストが除去された部分のチタン膜を通常の陽極酸化
の手法を用いて酸化してもよい。

【００１２】酸化チタンは可視光に対して透明であり、
酸化された部分は光が透過するようになるが、チタンは
金属であるため酸化されていない部分では光は反射し透
過できない。その結果、陽極酸化された部分のみが光を
透過する微小開口が形成される。このように、陽極酸化
によって微小開口を形成することの可能な材料は、チタ
ン以外にも陽極酸化によって透明な酸化物となる金属、
半導体、もしくはそれらの間の合金や化合物ならば何で
もよい。例えばアルミニウム、タンタル、タングステ
ン、ニオブ、ニッケル、クロム、亜鉛、錫、インジウ
ム、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリン等の物質
が、本発明による微小開口を作製するための材料として
使用できる。

【００１３】本発明では精密な微細加工技術に基づいて
微小開口を形成することができるため、形状精度の高い
微小開口を歩留りよく製造することができる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれに限るものではない。図１は、
本発明の第１実施例による微小開口プローブを示す概略
断面図である。

【００１５】図１の微小開口プローブは石英ガラスから
なる透明基体１と、チタンからなる光遮蔽層２と、光遮
蔽層１の一部を陽極酸化することによって形成された光
透過領域３とを有する。尚、透明基体１は石英ガラスを
機械研磨加工を用いて加工することによって、図１のよ
うに一辺が数μｍ以内の平坦な領域を持つ四角錐状の形
状を有する。このように傾斜した面を形成することによ
って、実際に試料表面と微小開口プローブとを相対的に
走査する際に、プローブの先端部が試料と不必要に接触
することを防止することができる。

【００１６】図２は、本発明の第１実施例による微小開
口プローブの製造工程を示す概略断面図である。尚、図
２では微小開口プローブの先端部のみを図示した。石英
ガラス製の透明基体１の表面に真空蒸着によって膜厚１
００ｎｍのチタン膜２を蒸着する〔図２（ａ）〕。その
後、チタン膜２上にレジストを塗布し、電子ビーム露光
装置によってレジストを露光／現像し、レジストに直径
約２００ｎｍの開口部を形成する〔図２（ｂ）〕。

【００１７】その後、電源７に接続されているホルダー
８に透明基体１を装着し、チタン膜２と電源７とを電気
的に接続する。そして、図２Ｃの反応液５中に電源７に
接続されている対極６と、少なくともレジスト４の開口
部と、が浸されるように対極６とレジスト４の開口部と
を配置する。尚、第１実施例では反応液５として１ｍｏ
ｌ／ｌの硫酸水溶液を用いた。その後、電源７を用い
て、チタン膜２が陽極、対極６が陰極となるようにチタ
ン膜２と対極６との間に６０Ｖの直流電圧を印加して陽
極酸化を行い、レジスト４の開口部に位置するチタン膜
２のみを酸化チタンへと透明化する。この時、レジスト
が形成されている領域のチタン膜２はレジストによって
反応液５に接触しないため、レジスト４の開口部以外の
領域のチタン膜２は酸化されない。

【００１８】以上のようにして、図１に示される酸化チ
タン３からなる微小開口を有する微小開口プローブを作
製した。このようにして作製されたプローブの微小開口
形状は第１実施例のような円形に限られるわけではな
く、レジストの開口部の形状を変えることによってスリ
ット状や格子状等の任意の形状にすることができた。
尚、形状精度の高い開口を作製するためには、印加電圧
はチタンの膜厚によって変化させる必要があり、膜厚が
薄いときは印加電圧を低く、厚いときは高くする必要が
あった。例えば、膜厚１０ｎｍに対して、５〜１０Ｖ程
度の電圧が適当であった。

【００１９】尚、第１実施例では、反応水溶液中に硫酸
を電解質として入れたが、硫酸以外の他の電解質を用い
ても良い。ただし、アルカリに弱いレジストを用いてい
る場合には、酸性もしくは中性の電解質を用いた方が好
ましい。また、本実施例では、直流電圧を印加したが、
交流もしくはパルス電圧を印加してもよい。また、陽極
酸化をしやすくするために、チタン膜と石英ガラスの間
に透明導電膜を挿入してもよい。

【００２０】尚、第１実施例では陽極酸化法を用いたた
め、チタン膜２が酸化された領域はレジスト４の開口部
にほぼ等しい領域とすることができたが、酸化する領域
がレジスト４の開口部よりも広がっても良い場合や広が
りが問題とならないような場合は熱酸化等の他の酸化法
を用いても良い。図３は、第１実施例で作製された微小
開口プローブを実際に走査型近接場光学顕微鏡として用
いた概略構成図である。

【００２１】微小開口プローブ１０１は、チューブ状の
ピエゾスキャナ１０２にプローブ取り付け部材１０３で
固定されている。また、ピエゾスキャナ１０２の開口部
から集光レンズ１０４を介してレーザ光１０５が入射さ
れている。また、光検出器１０９は試料からの透過光１
０９を検出し、光検出器１１０は試料からの散乱光１０
８を検出するように配置されている。

【００２２】このような状態で微小開口プローブの先端
に形成されている酸化チタンの領域を試料１０６に接近
させることにより、酸化チタンの領域から発生している
エバネッセント光が試料に照射される。このエバネッセ
ント光は試料に照射されることによって透過光１０７及
び散乱光１０８を発生する。この透過光１０７及び散乱
光１０８を光検出器１０９、１１０で検出することによ
って試料の測定を行った。

【００２３】このようにして、試料を測定した結果、第
１実施例による微小開口プローブでは微小開口の形状を
精度良く作製することができるため、従来の微小開口プ
ローブを用いた場合に比べて異なる微小開口プローブを
用いても測定結果の繰り返し再現性が向上されることが
確認できた。図４は、本発明の第２実施例による微小開
口プローブの製造工程を示す概略断面図である。尚、図
４では、微小開口プローブの先端部のみを図示した。

【００２４】第２実施例における微小開口プローブは、
図４（ｃ）に示すように、石英ガラスからなる透明基体
１１と、透明基体１１上に形成したＩＴＯ膜１２と、シ
リコンからなる光遮蔽層１３と、光遮蔽層１３の一部を
陽極酸化することによって形成された光透過領域１５
と、第２の光遮蔽層１６と、を有する。次に、第２実施
例における微小開口プローブの製造方法を図４を用いて
説明する。

【００２５】透明基体１１の表面に膜厚５０ｎｍのＩＴ
Ｏ膜１２をスパッタによって被覆し、さらにその上に膜
厚１０ｎｍのシリコン膜１３をスパッタによって成膜し
た〔図４（ａ）〕。その後、シリコン膜１３とＩＴＯ膜
１２とを被覆した透明基体１１の表面を１％フッ酸水溶
液で１分間洗浄することによって、表面の自然酸化膜を
取り除く。そして、特開平６−２５２１３１号公報に開
示されている方法によって、加工用探針１４を用いて吸
着水とシリコン膜との電気化学反応を誘起し直径５０ｎ
ｍの範囲だけを陽極酸化した〔図４（ｂ）〕。このと
き、不図示ではあるが、探針１４と、ＩＴＯ膜１２とは
電源を介して電気的に接続されており、不図示の電源か
らは探針１４が陰極、ＩＴＯ膜１２が陽極となるように
電圧が印加されている。また、陽極酸化される面積が広
がらないように、試料と加工用探針１４の周囲の雰囲気
の湿度を５０％以下に、好ましくは３０％以下に保つ必
要がある。本実施例では、加工用探針を試料表面に近接
させるため、原子間力顕微鏡用のカンチレバーに取り付
け、原子間力顕微鏡によって探針と試料間の距離を制御
した。この場合、探針と試料の間に吸着水分子の層が１
〜２層程度しか存在しない程度まで近接させて、実質的
には試料と探針を接触させても良い。

【００２６】膜厚１０ｎｍ程度のシリコン膜では、完全
に光を遮断することができない。そこで、陽極酸化した
試料表面にさらに金を無電解メッキすることによって、
開口部以外での遮光率を高めた〔図４（ｃ）〕。試料
を、６０℃にした無電解金メッキ溶液（高純度化学製：
Ｋ２４−Ｓ）に５分間浸漬し、金メッキした。陽極酸化
された開口部は電気絶縁性となっているため、金は堆積
せず、残りの酸化されていないシリコン膜１３だけに約
１００ｎｍの金が堆積し、開口部以外が遮光された。

【００２７】第２実施例では、第２の光遮蔽層１６であ
る金を形成するために、無電解金メッキを用いたが、金
以外でも、ニッケル、銅等の無電解メッキが利用でき
る。また無電解メッキでなくてもメッキ法であれば、電
気メッキ等による被覆も可能である。また、第２の光遮
蔽層１６を形成するためには、固体物理アグネ技術セ
ンター出版 Vol.29 No.7 1994 P599-605に開示されて
いる熱ＣＶＤを用いても良い。

【００２８】以上のようにして、図４（ｃ）に示される
酸化シリコン１５からなる微小開口を有する微小開口プ
ローブを作製した。このようにして作製されたプローブ
の微小開口の形状は第１実施例と同様に、円形に限られ
るわけではなく、レジストの開口部の形状を変えること
によってスリット状や格子状等の任意の形状にすること
ができた。

【００２９】尚、第２実施例では、シリコン膜１３を効
果的に酸化させてシリコン酸化膜１５を作製するために
ＩＴＯ膜１２を設けたが、第１実施例と同様にしてシリ
コン膜１３を陽極にし、探針１４を陰極にすることによ
って、探針１４がシリコン膜１３上を走査した領域のみ
を陽極酸化しても良い。また、第１、２実施例では透明
基体として石英ガラスを用いたが、これは使用する光に
対して透明な材料であればどのような材料を用いても良
い。また、透明基体としては光ファイバを用いて、光フ
ァイバの一端の面にチタン膜を形成し、光ファイバの光
が伝播する領域であるコアの部分に形成されているチタ
ン膜の一部を酸化して用いても良い。

【００３０】

【発明の効果】上記のように、本発明では金属あるいは
半導体等の光を遮蔽する材料の一部を酸化することによ
って、その酸化された領域を光が透過する領域とするた
め、プローブに安定した微小開口を形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による微小開口プローブを
示す概略構成図である。

【図２】本発明の第１実施例による微小開口プローブの
製造工程を示す概略断面図である。

【図３】本発明の第１実施例による微小開口プローブを
用いた近接場光学顕微鏡を示す概略構成図である。

【図４】本発明の第２実施例による微小開口プローブの
製造工程を示す概略断面図である。

【符号の簡単な説明】

１、１１・・・透明基体２・・・チタン膜３・・・酸化チタン４・・・レジスト５・・・反応液６・・・対極７・・・電源１２・・・ＩＴＯ膜１３・・・シリコン膜１４・・・探針１５・・・酸化シリコン１６・・・金層１０１・・・微小開口プローブ１０２・・・チューブスキャナ１０３・・・プローブ取り付け部材１０４・・・集光レンズ１０５・・・レーザ光１０６・・・試料１０７・・・透過光１０８・・・散乱光１０９、１１０・・・光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な透明基体と、前記透明基体上に形
成された金属若しくは半導体からなる光遮蔽層と、前記
光遮蔽層の一部を酸化することによって設けられた光透
過領域と、を有することを特徴とする微小開口プロー
ブ。
【請求項２】前記光遮蔽層と、透明基体との間に、透
明導電膜を設けたことを特徴とする請求項１に記載の微
小開口プローブ。
【請求項３】前記光遮蔽層の前記光透過領域を除く表
面に第２の光遮蔽層を設けたことを特徴とする請求項１
または２に記載の微小開口プローブ。
【請求項４】前記透明基体は光ファイバであり、前記
光遮蔽層は前記光ファイバの少なくとも一端の面に形成
されていることを特徴とする請求項１または２または３
に記載の微小開口プローブ。
【請求項５】透明な透明基体上に金属若しくは半導体
からなる薄膜を形成し、前記薄膜の一部を酸化することを特徴とする微小開口プ
ローブの製造方法。
【請求項６】陽極酸化法によって前記薄膜の一部を酸
化することを特徴とする請求項５に記載の微小開口プロ
ーブの製造方法。
【請求項７】前記薄膜を形成する前に前記透明基体上
に透明導電膜を形成することを特徴とする請求項５また
は６に記載の微小開口プローブの製造方法。
【請求項８】前記薄膜の一部を酸化した後に、前記酸
化された領域を除く前記薄膜上にメッキ法を用いて金属
膜を形成することを特徴とする請求項５または６または
７に記載の微小開口プローブの製造方法。