JPH09180274A - Optical device and probe therefor - Google Patents

Optical device and probe therefor

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Publication number
JPH09180274A
JPH09180274A JP7340271A JP34027195A JPH09180274A JP H09180274 A JPH09180274 A JP H09180274A JP 7340271 A JP7340271 A JP 7340271A JP 34027195 A JP34027195 A JP 34027195A JP H09180274 A JPH09180274 A JP H09180274A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
light
probe
evanescent
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP7340271A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sumio Hosaka
純男 保坂
Atsushi Kikukawa
敦 菊川
Toshimichi Shintani
俊通 新谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7340271A priority Critical patent/JPH09180274A/en
Publication of JPH09180274A publication Critical patent/JPH09180274A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to control magnitude of a recording bit and pattern width, etc., by controlling evanescent light quantity to be used in information recording and pattern forming. SOLUTION: The optical fiber probe for which an optical coupler 9 dividing laser beams into more than two optical fibers 8, 10 or an optical switch introducing beams to either one optical fiber among two are used and the top end of at least one optical fiber is made acute to be an evanescent optical probe 42 is used. Damage of the probe can be easily dealt with by integrating the fibers 8, 10 and the optical coupler 9 or the optical switch to form the probe.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エバネッセント光
を用いた光学装置に係り、特に、エバネッセント光プロ
ーブの構造及びこれを用いた光学装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device using evanescent light, and more particularly to a structure of an evanescent light probe and an optical device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】エバネッセント光プローブに関しては、
アプライド フィジックス レター61巻 (1992
年) p.142 (Appl. Phys. Lett. 61 (1992) 14
2)に示されている。
2. Description of the Related Art Regarding an evanescent optical probe,
Applied Physics Letter Volume 61 (1992
Year) p. 142 (Appl. Phys. Lett. 61 (1992) 14
2).

【0003】図2にこの文献に示される従来技術の概要
を示す。図のように、試料13に対向して配置されたエ
バネッセント光プローブ42にレーザ光1を入射して、
該プローブ42からエバネッセント光を試料13に出力
して必要な計測あるいは処理を行なう。この際、レーザ
源2から導かれたレーザ光1をレーザ源2とファイバ6
を結合する第1光結合器4によりファイバ6に導入し、
このファイバ6に導入されたレーザ光をファイバ6と該
プローブ42を先端に形成されたファイバ62とを第2
光結合器7にて該ファイバ62に導く。
FIG. 2 shows an outline of the prior art shown in this document. As shown in the figure, the laser light 1 is made incident on the evanescent optical probe 42 arranged so as to face the sample 13,
Evanescent light is output from the probe 42 to the sample 13 to perform necessary measurement or processing. At this time, the laser light 1 guided from the laser source 2 is supplied to the laser source 2 and the fiber 6
Is introduced into the fiber 6 by the first optical coupler 4 for coupling
The laser light introduced into the fiber 6 is passed through the fiber 6 and the fiber 62 formed at the tip of the probe 42.
The light is guided to the fiber 62 by the optical coupler 7.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この時、第1光結合器
4および第2光結合器7での結合効率は機械的結合に依
存する。さらに、レーザ源2自体の発光量も変動する。
したがって、図2に示すシステムを構成するだけでは、
利用されるレーザ光1がどのくらい該プローブ42に導
かれているか不明であった。このため、例えば、情報記
録やパターン形成にはエバネッセント光量が決まらず、
ビットの大きさやパターン幅の制御が必要であるよう
な、レーザ光の有無だけでなくレーザ光の強さをも必要
とするときはこの構成のみでは不十分である。勿論、単
純には、一旦系を構成した後、出力されるレーザ光の光
量を計測しておくことで対処しうるが、変更があるとき
にはそのつど計測し直すことが必要となる。
At this time, the coupling efficiency in the first optical coupler 4 and the second optical coupler 7 depends on the mechanical coupling. Further, the amount of light emitted from the laser source 2 itself also changes.
Therefore, by simply configuring the system shown in FIG.
It was unknown how much the laser light 1 used was guided to the probe 42. Therefore, for example, the amount of evanescent light is not determined for information recording or pattern formation,
This configuration alone is not sufficient when not only the presence / absence of the laser light but also the intensity of the laser light, such as the control of the bit size and the pattern width, is required. Of course, simply by configuring the system once and then measuring the light amount of the output laser light, this can be dealt with, but it is necessary to remeasure each time there is a change.

【0005】一般の光学系における光量の変動の問題へ
の対応は、例えば、特開平2ー206430にあるよう
に、光結合器を使用して入力光の光量を検出して光源へ
のフィードバックによる光量変動の補償および計測出力
への補償、あるいはアプライド フィジックス レター
55巻 (1989年) p.2588 (Appl.Phy
s. Lett. 55 (19896 2588)にあるように、光結合器を
使用して入力光の光量および測定出力を検出して計測出
力への補償を行なうことが行なわれている。
To solve the problem of the fluctuation of the light quantity in a general optical system, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-206430, the light quantity of the input light is detected by using an optical coupler and is fed back to the light source. Compensation for fluctuations in light quantity and compensation for measurement output, or Applied Physics Letter, Volume 55 (1989) p. 2588 (Appl.Phy
s. Lett. 55 (19896 2588), an optical coupler is used to detect the light amount of the input light and the measurement output, and the measurement output is compensated.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】しかしながら、これらの
従来技術では、エバネッセント光の情報記録やパターン
形成等への応用のように、プロー部4の損傷およびこれ
に伴う交換の必要性が考慮されておらず、工業的な適用
に限界が有った。
However, in these prior arts, damage to the probe unit 4 and the necessity of replacement accompanying it have been taken into consideration, as in the application to information recording of evanescent light, pattern formation, and the like. However, there was a limit to industrial application.

【0007】上記の課題を解決するため、本発明では、
プローブを単にプローブとして先端を加工した光ファイ
バとするだけでなく、上述の特開平2ー206430あ
るいはアプライド フィジックス レター 55巻
(1989年) p.2588にあるような、光源の光
量あるいは反射光を計測出来る用にするための構成をも
含めたものとする。
In order to solve the above problems, the present invention provides
In addition to using the probe as an optical fiber whose tip is processed, the above-mentioned JP-A-2-206430 or Applied Physics Letter 55 volumes is used.
(1989) p. 2588 also includes a configuration for measuring the amount of light from the light source or the reflected light.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1に、本発明によるプローブの
基本構成を示す。9は光結合器あるいは光スイッチであ
り、これによって光ファイバ8、10、11および12
が結合される。図の例では、光ファイバ8が、図2に示
す光源側の光ファイバ6と結合器7によって接続されて
プローブにレーザ光を導入する。導入されたレーザ光は
光ファイバ10および11に所定の比率で分配される。
光ファイバ10に、反射により導入されたレーザ光は光
ファイバ8および12に所定の比率で分配される。光フ
ァイバ10の先端部は尖鋭化し、エバネッセント光プロ
ーブ42とする。光ファイバ11の他端には光検出器1
4が、光ファイバ11の他端には光検出器15が、それ
ぞれ設けられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the basic structure of a probe according to the present invention. 9 is an optical coupler or optical switch, which allows the optical fibers 8, 10, 11 and 12
Are combined. In the illustrated example, the optical fiber 8 is connected to the optical fiber 6 on the light source side shown in FIG. 2 by a coupler 7 to introduce laser light to the probe. The introduced laser light is distributed to the optical fibers 10 and 11 at a predetermined ratio.
The laser light introduced into the optical fiber 10 by reflection is distributed to the optical fibers 8 and 12 at a predetermined ratio. The tip of the optical fiber 10 is sharpened to form an evanescent optical probe 42. A photodetector 1 is provided at the other end of the optical fiber 11.
4 and a photodetector 15 at the other end of the optical fiber 11, respectively.

【0009】この構成によれば、光検出器14の出力に
よりファイバ8に導入された光量が、光検出器15の出
力により、試料からの反射により、ファイバ12の先端
の光ファイバプローブに導入された光量が、それぞれモ
ニター出来る。すなわち、ここではファイバと光結合器
あるいは光スイッチとが一体化された光素子を用い、こ
の中の1つのファイバ先端をプローブとしたことが特徴
であり、ファイバプローブの損傷に対しては、この素子
を一体として交換すれば、光結合器の結合状態は何ら問
題とすることは無い。これにより、正確なエバネッセン
ト光の光量を制御することができ、システムの高性能
化、あるいは情報記録におけるビット寸法の制御、ある
いは半導体プロセスにおける形成パターン寸法の制御等
の工業的な用途への適用が容易となる。
According to this structure, the amount of light introduced into the fiber 8 by the output of the photodetector 14 is introduced into the optical fiber probe at the tip of the fiber 12 by the output of the photodetector 15 and the reflection from the sample. You can monitor the amount of light. That is, here, an optical element in which a fiber and an optical coupler or an optical switch are integrated is used, and one of the fiber tips is used as a probe. If the elements are replaced as a unit, the coupling state of the optical coupler does not pose any problem. As a result, it is possible to accurately control the amount of evanescent light, and to improve the performance of the system, control the bit size in information recording, or control the formation pattern size in the semiconductor process. It will be easy.

【0010】図1におけるファイバ10の先端のエバネ
ッセント光プローブ42は、通常、加熱しながらピペッ
トプラーで引っ張り形成する方法や化学エッチングで先
端を尖鋭化する方法を用いて作製される。さらに、これ
に小さなピンホールを作るため、金属等の斜め蒸着法あ
るいは蒸着後イオンエッチング法やレジストを用いたリ
ソグラフィ法等が用いられる。光結合器あるいは光スイ
ッチ9の出力側の光分配率は、色々な組合せが可能であ
るが、90%:10%のようなエバネッセント光プロー
ブ42を有しているファイバ10に多くのレーザ光が入
力するように設定することが効率的である。光分配率
は、目的に応じて選択することができる。
The evanescent optical probe 42 at the tip of the fiber 10 in FIG. 1 is usually manufactured by a method of pulling and forming with a pipette puller while heating or a method of sharpening the tip by chemical etching. Further, in order to form a small pinhole in this, an oblique vapor deposition method of metal or the like, an ion etching method after vapor deposition, a lithography method using a resist, or the like is used. Although various combinations of light distribution ratios on the output side of the optical coupler or the optical switch 9 are possible, a large amount of laser light is emitted to the fiber 10 having the evanescent light probe 42 such as 90%: 10%. It is efficient to set to input. The light distribution ratio can be selected according to the purpose.

【0011】図3は本発明を情報記憶装置に適用した1
具体例である。ここでは相変化記録の例を用いて説明す
る。ビット書き込み、読み出しには図1に示したプロー
ブを用い、ビットアドレスには、R−θ系の回転運動
(ディスク駆動)を使用した。主な構成としては、エバ
ネッセント光プローブのヘッド系、ディスク回転系、制
御系から構成されている。
FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention applied to an information storage device.
This is a specific example. Here, an example of phase change recording will be described. The probe shown in FIG. 1 was used for the bit writing and reading, and the R-θ system rotary motion (disk drive) was used for the bit address. The main configuration is composed of an evanescent optical probe head system, a disk rotation system, and a control system.

【0012】エバネッセント光プローブのヘッド系はプ
ローブの先端部42をxyz移動機構あるいはプローブ
と試料との間隙制御機構を有する移動機構20で保持し
た構成になっている。プローブと試料との間隙制御機構
は従来技術であるシャーフォースや原子間力を利用した
検出方法が採用され、さらに、xyz移動機構20のz
移動機構を用いて制御することができる。また、読みだ
しに用いる光検出系は、エバネッセント光19の入射に
対して試料28からの反射光21を集光用レンズ22及
び光電子増倍管(あるいはフォトダイオード)23で、
あるいは図1で説明した光検出器15で検出する構造が
用いられる。これらの信号40あるいは38は情報(ビ
ット)信号やアドレス信号として用いられる。ここで
は、反射光検出の場合を示したが透過光を検出して情報
信号とすることもできる。尚、エバネッセント光プロー
ブの先端部42の構造は、光を導くコアー16、外側の
クラッド17及び金属コート膜18から構成されてい
る。金属コート膜18は斜め蒸着などにより先端に50
nm前後のアパチャを形成し、エバネッセント光プロー
ブ径をこのアパチャで決めている。レーザ源2は半導体
レーザダイオードを用いる。この駆動には駆動回路34
を用いた。この回路34には、書き込み用パルスの発生
回路33及び読み出し用直流電圧供給回路32が設けて
ある。これらは制御回路35からの制御信号36で光の
強さ、パルス幅、タイミング等が制御される。光プロー
ブの端部42はファイバがまっすぐな形で形成されて
も、L字状に曲げて形成されても良いが、の方がプロー
ブの弾性を大きく取ることが出来る。
The head system of the evanescent optical probe has a structure in which the tip portion 42 of the probe is held by an xyz moving mechanism or a moving mechanism 20 having a gap control mechanism between the probe and the sample. As the gap control mechanism between the probe and the sample, a conventional detection method using shear force or atomic force is adopted, and further, z of the xyz moving mechanism 20 is used.
It can be controlled using a moving mechanism. In addition, the photodetection system used for reading the reflected light 21 from the sample 28 with respect to the incidence of the evanescent light 19 is a condensing lens 22 and a photomultiplier tube (or photodiode) 23.
Alternatively, the structure for detecting with the photodetector 15 described in FIG. 1 is used. These signals 40 or 38 are used as information (bit) signals or address signals. Here, the case of reflected light detection is shown, but transmitted light can also be detected and used as an information signal. The structure of the tip portion 42 of the evanescent optical probe is composed of a core 16 that guides light, an outer cladding 17, and a metal coat film 18. The metal coat film 18 is formed on the tip of the metal by oblique vapor deposition or the like.
An aperture of about nm is formed, and the evanescent optical probe diameter is determined by this aperture. The laser source 2 uses a semiconductor laser diode. For this drive, the drive circuit 34
Was used. This circuit 34 is provided with a write pulse generation circuit 33 and a read DC voltage supply circuit 32. The light intensity, pulse width, timing and the like of these are controlled by a control signal 36 from the control circuit 35. The end portion 42 of the optical probe may be formed by straightening the fiber or by bending it into an L-shape, but this allows greater elasticity of the probe.

【0013】ディスク回転系は、試料28を搭載するデ
ィスクテーブル29、回転を伝える回転軸30及びモー
タ31から構成されている。
The disk rotation system is composed of a disk table 29 on which the sample 28 is mounted, a rotation shaft 30 for transmitting rotation, and a motor 31.

【0014】制御系は、制御回路35がシーケンシャル
制御、エバネッセント光プローブ42の位置決め制御、
情報処理、外部との通信等全てを行なう。37はエバネ
ッセント光量設定用モニタ信号、39はエバネッセント
光プローブ42の位置決め制御用信号、41はモータ3
1駆動用信号である。
In the control system, the control circuit 35 performs sequential control, positioning control of the evanescent optical probe 42,
Performs all information processing and communication with the outside. 37 is a monitor signal for setting the evanescent light amount, 39 is a signal for positioning control of the evanescent light probe 42, 41 is the motor 3
1 drive signal.

【0015】試料28は相変化記録膜の場合である。構
造は、第1層がZnSーSiO2による保護膜24、第
2層がGeSbTe相変化記録膜25、第3層が第1層
と同じ保護膜26であり、これをポリカーボネイト基板
(あるいはガラス)27に積層したものである。該記録
膜25は、アモルファス(非晶質)とクリスタル(結
晶)との2つの状態を有することができる。この時、記
録膜25の反射率が前者では小さいが、後者では高くな
る。このことを利用して情報ビットの書き込み読みだし
を行なうことができる。記録の情報ビットをどのように
定義するかはシステム設計によるが、今、初期状態をア
モルファスとしビット情報を”0”とすると、エバネッ
セント光19の照射により局部的に温度上昇を起こさせ
ることができる。この温度が200℃前後に上昇する
と、記録膜25の結晶状態がクリスタルへと変化する。
このようにして記録ビット61を書き込むことができ
る。この時、この局所部分の反射率が上昇し、読みだし
時には反射光信号が強くなり、ビット情報”1”を読み
だすことができる。尚、実験では、ファイバ10内のレ
ーザ光量8mWで書き込みが行なわれ、0.2mWで読
みだしができた。また、記録ビット61の寸法を60n
m径と極めて小さなビットを書き込み読みだしすること
ができた。
Sample 28 is a case of a phase change recording film. The structure is such that the first layer is a protective film 24 made of ZnS—SiO 2 , the second layer is a GeSbTe phase change recording film 25, and the third layer is the same protective film 26 as the first layer. This is a polycarbonate substrate (or glass). It is laminated on 27. The recording film 25 can have two states of amorphous and crystal. At this time, the reflectance of the recording film 25 is small in the former case but high in the latter case. Utilizing this fact, information bits can be written and read. How to define the information bit for recording depends on the system design, but if the initial state is amorphous and the bit information is “0”, the temperature rise can be locally caused by the irradiation of the evanescent light 19. . When this temperature rises around 200 ° C., the crystalline state of the recording film 25 changes to crystal.
In this way, the recording bit 61 can be written. At this time, the reflectance of this local portion rises, the reflected light signal becomes strong at the time of reading, and bit information "1" can be read. In the experiment, writing was performed with a laser light amount of 8 mW in the fiber 10 and reading was possible with 0.2 mW. In addition, the size of the recording bit 61 is 60n.
We were able to write and read bits with a very small diameter and very small diameter.

【0016】この技術をディスク回転系、制御系と有機
的に結合すること、即ち、制御回路35で書き込み読み
だしシーケンシャル制御、エバネッセント光プローブの
先端部42の位置決め制御、情報処理、外部との通信
等、従来技術である光ディスク記憶装置と同様にシステ
ムアップすることにより、100Gb/in2以上の超
高密度記録装置を提供することができる。
This technology is organically combined with a disk rotation system and a control system, that is, sequential control of writing and reading by the control circuit 35, positioning control of the tip portion 42 of the evanescent optical probe, information processing, and communication with the outside. As described above, the system can be upgraded in the same manner as the conventional optical disk storage device to provide an ultra high density recording device of 100 Gb / in 2 or more.

【0017】本実施例では消去機能を述べていないが、
消去機能を具備し、書換え可能な記憶装置を構成するこ
ともできる。さらに、偏光を利用した光磁気記録、記憶
装置あるいは凹凸情報を用いた光記録装置、光記憶装置
も本発明の適用可能なシステムである。
Although the erase function is not described in this embodiment,
A rewritable storage device having an erasing function can also be configured. Further, a magneto-optical recording device using polarized light, a storage device, or an optical recording device or optical storage device using irregularity information is also a system to which the present invention is applicable.

【0018】今、使用中に何ら中の理由で、プローブの
先端部42が損傷したときは、本発明によれば、接合器
7の部分でファイバーを取外し、プローブ全体を交換す
れば良い。結合器7の結合状態が以前とは違っても、こ
のことは光検出器14あるいは15の出力変化として検
出出来、制御回路35によってこれを相殺することがで
きるから、交換に伴う特別の操作、チェック等は不要で
ある。
If the tip 42 of the probe is damaged for some reason during use, the fiber may be removed at the splicer 7 and the entire probe replaced according to the present invention. Even if the coupling state of the coupler 7 is different from before, this can be detected as an output change of the photodetector 14 or 15, and can be canceled by the control circuit 35. Therefore, a special operation accompanying replacement, No checks are required.

【0019】図4は本発明を半導体プロセスにおけるリ
ソグラフィ装置に適用した例である。エバネッセント光
プローブのヘッド系の先端部42は図3で説明した光学
系、機構系を用いている。48は精密移動機構であり、
試料47を搭載すると共に所望の位置に位置決めする。
位置決めには、位置情報51を制御回路35に入力し、
駆動信号41を精密移動機構48内にある駆動源(モー
タ、圧電素子等)に入力して、所望の位置に試料47を
位置決めする。ここでは、Si基板46上に被エッチン
グ層45、その上に光レシスト層44が塗布した試料4
7にパターン形成する場合を示す。
FIG. 4 shows an example in which the present invention is applied to a lithographic apparatus in a semiconductor process. The head part 42 of the head system of the evanescent optical probe uses the optical system and mechanical system described in FIG. 48 is a precision moving mechanism,
The sample 47 is mounted and positioned at a desired position.
For positioning, the position information 51 is input to the control circuit 35,
The drive signal 41 is input to a drive source (motor, piezoelectric element, etc.) in the precision moving mechanism 48 to position the sample 47 at a desired position. Here, the sample 4 in which the layer to be etched 45 is coated on the Si substrate 46 and the optical resist layer 44 is coated thereon
7 shows a case where a pattern is formed.

【0020】エバネッセント光プローブのヘッド系で図
3と異なる点は、レーザ源にArガスレーザ等の短波長
レーザ源を用いていることと、光結合器9に代え、光ス
イッチ52を用いていることである。これは、光レジス
トが456nm以下の波長にしか感じないためである。
光スイッチ52は半導体レーザ2が有するスイッチ機能
の役目をする。これにより、光露光が必要な位置で、エ
バネッセント光19をレジスト44に照射することがで
きる。本発明では、50nm前後の微小な線幅を持つ潜
像パターン50を形成することができる。該潜像パター
ン50の描画方式には従来技術である電子線描画方式や
レーザ描画方式が用いられる。主に、ベクター方式とラ
スター方式があるが、ラスター方式の方が本発明には適
していると考えられる。さらに、光スイッチ52がレー
ザ光量に制限がある場合には、光結合器9を用い、第1
光結合器4に音響光学素子によりスイッチ機能及び描画
用光量とマーク検出用光量との切り替え機能を持たせ
る。マーク検出は該プローブの先端部42と試料47と
の相対位置を計測するために用い、試料にあらかじめ設
定されたマークと反射光検出器(22と23)あるいは
光結合器使用の場合には、15の検出器で行なうことが
できる。尚、複数のヘッドを設けて描画時間を短縮する
こともできる。この複数のヘッド使用は、図3の情報記
録、記憶装置でも有効である。
The evanescent optical probe head system differs from that shown in FIG. 3 in that a short wavelength laser source such as an Ar gas laser is used as the laser source, and an optical switch 52 is used in place of the optical coupler 9. Is. This is because the photoresist feels only at wavelengths below 456 nm.
The optical switch 52 functions as a switch function of the semiconductor laser 2. Thereby, the evanescent light 19 can be applied to the resist 44 at a position where light exposure is required. In the present invention, the latent image pattern 50 having a minute line width of about 50 nm can be formed. As a drawing method of the latent image pattern 50, an electron beam drawing method or a laser drawing method which is a conventional technique is used. There are mainly a vector system and a raster system, but the raster system is considered to be more suitable for the present invention. Further, when the optical switch 52 has a limited laser light amount, the optical coupler 9 is used to
The optical coupler 4 is provided with a switching function and a switching function between the drawing light amount and the mark detecting light amount by an acousto-optic element. The mark detection is used to measure the relative position between the tip portion 42 of the probe and the sample 47, and in the case of using the mark and the reflected light detector (22 and 23) preset on the sample or the optical coupler, It can be done with 15 detectors. It is also possible to reduce the drawing time by providing a plurality of heads. The use of a plurality of heads is also effective in the information recording and storage device shown in FIG.

【0021】光スイッチ52を使用しているときは、厳
密な意味では、すなわち、ファイバ8からファイバ10
に光を伝送しているときにはファイバ11への漏れは極
めて小さいから、常時、該プローブの先端部42に入力
する光量をモニタすることができないので、露光時以外
に制御回路35の持つプログラムに従って、タイムシャ
リングでモニタする方が良い。プログラムは時間の間隔
制御、一連動作の前、等が組み込まれる。あるいは、光
を僅かの時間だけチョッパリングして光を光検出器14
に導き、モニタすることもできる。この機能は、該プロ
ーブの先端部42に戻ってきた反射光を光検出器15で
検出することにも使用することができる。 図4はリソ
グラフィ装置に適用した例を示したが、エッチングガ
ス、化学的気相成長(CVD)ガスを試料47及びプロ
ーブの先端部42間に導入し、エッチング、化学的気相
成長を行なわせ直接微細なパターンを形成することもで
きる。この場合、試料台48あるいはプローブの先端部
42はチャンバの中に入れるように試料室を設ける必要
がある。
When using the optical switch 52, in the strict sense, namely, fiber 8 to fiber 10
Since the light leaking into the fiber 11 is extremely small during transmission of light, it is impossible to monitor the amount of light input to the tip portion 42 of the probe at all times. It is better to monitor by time sharing. The program incorporates time interval control, before a series of operations, etc. Alternatively, the light is choppered for only a short time and the light is detected by the photodetector 14
It can also be monitored and monitored. This function can also be used for the photodetector 15 to detect the reflected light returning to the tip portion 42 of the probe. FIG. 4 shows an example applied to a lithographic apparatus. An etching gas and a chemical vapor deposition (CVD) gas are introduced between the sample 47 and the tip portion 42 of the probe to perform etching and chemical vapor deposition. It is also possible to directly form a fine pattern. In this case, it is necessary to provide a sample chamber so that the sample table 48 or the tip portion 42 of the probe can enter the chamber.

【0022】この実施例でも、プローブの損傷に対して
は、結合器7以降のプローブを交換することで簡単に対
応出来る。
Also in this embodiment, damage to the probe can be easily dealt with by replacing the probe after the coupler 7.

【0023】図5は本発明を顕微鏡に適用した具体例を
示す。上記のリソグラフィ装置と同じ構成例を示す。こ
こでは試料の光学特性を観察する場合を示し、反射光像
や透過光像を得ることができる構成になっている。試料
台53内にはエバネッセント光19が試料13を透過し
た光を集め検出するレンズ55、光検出器56が装備さ
れており、この信号54を制御装置35に転送できるよ
うになっている。この透過光信号54と反射光信号40
あるいは38の信号により、試料位置xyに対する信号
量を計測することができる。この場合、通常の走査型近
視野光顕微鏡のように該プローブの先端部42と試料1
3との間隙を一定に保ちつつ、該プローブの先端部42
をラスタ走査することにより、xy座標に対する反射光
信号38、40や透過光信号54を得ることができる。
FIG. 5 shows a specific example in which the present invention is applied to a microscope. An example of the same configuration as the above lithographic apparatus is shown. Here, the case where the optical characteristics of the sample are observed is shown, and the configuration is such that a reflected light image and a transmitted light image can be obtained. The sample stage 53 is equipped with a lens 55 for collecting and detecting the light of the evanescent light 19 transmitted through the sample 13 and a photodetector 56, and this signal 54 can be transferred to the control device 35. The transmitted light signal 54 and the reflected light signal 40
Alternatively, the signal amount for the sample position xy can be measured by the signal of 38. In this case, the tip portion 42 of the probe and the sample 1 are treated like a normal scanning near-field light microscope.
3, while maintaining a constant gap with the tip end portion 42 of the probe.
By raster-scanning, the reflected light signals 38 and 40 and the transmitted light signal 54 for the xy coordinates can be obtained.

【0024】これらの信号を、1画像分取り込むと試料
表面の反射光像や透過光像を得ることができる。尚、光
結合器9の分配効率は90%:10%や50%:50%
等が使用される。光結合器9に代えて光スイッチ52と
しても良い。微弱な変化を検出する場合には光検出器1
4からのモニタ信号37で反射光信号や38、40や透
過光信号54を割り、正規(規格)化すれば良い。さら
に、微弱な信号を取るにはロックインアンプを用いて計
測すれば良い。この時、レーザ源1の駆動をチョッピン
グしたり、あるいは光結合器9の代りに光スイッチ52
を使用し、レーザ光をチョッピングしたりすれば良い。
また、該プローブの先端部42をzあるいはx方向に振
動させ同期検出することもできる。さらに、試料の汚染
等を防ぐため、真空中に入れて測定することが望まし
い。
By capturing these signals for one image, a reflected light image or a transmitted light image of the sample surface can be obtained. The distribution efficiency of the optical coupler 9 is 90%: 10% or 50%: 50%.
Etc. are used. An optical switch 52 may be used instead of the optical coupler 9. Photodetector 1 for detecting weak changes
The reflected light signal, 38, 40, and the transmitted light signal 54 may be divided by the monitor signal 37 from 4 and normalized (standardized). Further, to obtain a weak signal, a lock-in amplifier may be used for measurement. At this time, the driving of the laser source 1 is chopped, or the optical switch 52 is used instead of the optical coupler 9.
Can be used to chop the laser light.
Further, the tip portion 42 of the probe can be vibrated in the z or x direction for synchronous detection. Furthermore, in order to prevent contamination of the sample, it is desirable to put it in a vacuum for measurement.

【0025】この実施例でも、プローブの損傷に対して
は、結合器7以降のプローブを交換することで簡単に対
応出来る。
In this embodiment as well, damage to the probe can be easily dealt with by replacing the probe after the coupler 7.

【0026】図6は図5の顕微鏡を分光顕微鏡に応用し
た例である。光結合器9を用いてファイバ12で試料5
2からの反射光を分光器58に導き、反射光の分光スペ
クトルを計測する。この信号は微弱であるので、図5の
実施例と同様光源のチョッピングによるロックインアン
プ59を用いることが望ましい。このアンプ59の出力
信号60を制御回路35に入力し、任意の位置における
分光スペクトルを計測することができる。尚、1次レー
ザ光のチョッパリングは半導体レーザの駆動信号をパル
ス化して行ない、この周波数を基準としてロックインア
ンプすれば良い。また、プローブの先端部42の走査を
行ないながら、分光スペクトルを取り、特定のスペクト
ルの強度分布などを計測することができる。さらに、こ
こでは示さなかったが、レンズ22、光検出器23で得
た反射光や、レンズ55、光検出器56で得た透過光を
分光器58に導くことによっても試料の分光スペクトル
が計測できる。この時、これらの信号をモニタ信号37
で正規化することにより高精度な計測を可能にする。一
方、試料の汚染等を防ぐため、上記同様、真空中に入れ
て測定することや極低温で測定することが望ましい。
FIG. 6 shows an example in which the microscope of FIG. 5 is applied to a spectroscopic microscope. Sample 5 with fiber 12 using optical coupler 9
The reflected light from 2 is guided to the spectroscope 58, and the spectral spectrum of the reflected light is measured. Since this signal is weak, it is desirable to use the lock-in amplifier 59 by chopping the light source as in the embodiment of FIG. The output signal 60 of the amplifier 59 can be input to the control circuit 35 to measure the spectrum at an arbitrary position. Incidentally, the choppering of the primary laser light may be performed by pulsing the drive signal of the semiconductor laser, and the lock-in amplifier may be used with this frequency as a reference. In addition, while scanning the tip portion 42 of the probe, it is possible to take a spectrum and measure the intensity distribution of a specific spectrum. Although not shown here, the spectroscopic spectrum of the sample is also measured by guiding the reflected light obtained by the lens 22 and the photodetector 23 and the transmitted light obtained by the lens 55 and the photodetector 56 to the spectroscope 58. it can. At this time, these signals are changed to the monitor signal 37.
Highly accurate measurement is possible by normalizing with. On the other hand, in order to prevent the sample from being contaminated, it is desirable that the measurement be performed in a vacuum or at an extremely low temperature as in the above.

【0027】この実施例でも、プローブの損傷に対して
は、結合器7以降のプローブを交換することで簡単に対
応出来る。
In this embodiment as well, damage to the probe can be easily dealt with by replacing the probe after the coupler 7.

【0028】さらに、本発明のプローブでは、ファイバ
11または12のいずれかを省略したものとすることも
可能であり、そうしたときには、それに対応した制御系
を構成すれば、上述の実施例と同様の効果のある構成と
できる。
Further, in the probe of the present invention, either of the fibers 11 or 12 may be omitted, and in such a case, if a control system corresponding thereto is constructed, the same as in the above-mentioned embodiment. An effective configuration can be achieved.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明により、正確なエバネッセント光
の光量を制御することができ、光学システムの高性能
化、あるいは情報記録におけるビット寸法の制御、ある
いは半導体プロセスにおける形成パターン寸法の制御、
あるいは光学信号の高精度化が可能となる。
According to the present invention, it is possible to accurately control the amount of evanescent light, improve the performance of an optical system, control the bit size in information recording, or control the formation pattern size in a semiconductor process.
Alternatively, the precision of the optical signal can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のプローブの基本的構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a probe of the present invention.

【図2】従来の光プローブの構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a conventional optical probe.

【図3】本発明の光記録(記憶)装置への適用例を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of application of the present invention to an optical recording (storage) device.

【図4】本発明の半導体リソグラフィ装置への適用例を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of application of the present invention to a semiconductor lithography apparatus.

【図5】本発明の走査型近視野光顕微鏡への適用例を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of application of the present invention to a scanning near-field light microscope.

【図6】本発明の分光顕微鏡への適用例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example of application of the present invention to a spectroscopic microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:レーザ光、2:レーザ源(半導体レーザ、ガスレー
ザ、エキシマレーザ等)、3、5、22、55:レン
ズ、4:第1光結合器、6、8、10、12、62:フ
ァイバ、7:第2(1:1)光結合器、9:2:2光結
合器、13:試料、14、15、23、56:光検出器
(光電子増倍管、フォトダイオード等)、16:光ファ
イバコアー、17:光ファイバクラッド、18:遮光
膜、19:エバネッセント光、20:エバネッセント光
プローブxyz移動機構及び該プローブ・試料間隙検、
出、制御機構、21:反射光、24、26:保護膜、2
5:相変化記録膜、27:透明基板(ポリカーボネイ
ト、ガラス等)、28:記録媒体、29:ディスクテー
ブル、30:回転軸、31:回転機構、32:一定レー
ザ光出力用直流回路、33:パルス発生回路、34:半
導体レーザ駆動回路、35:制御回路(計算機、ディス
プレ、プリンタ等含む)、36:レーザ駆動信号、3
7:モニタ用光検出信号、38:該プローブの先端部4
2内への反射光検出信号、39:該プローブの先端部4
2のxyz移動機構及び該間隙制御信号、40:反射光
検出信号、41:回転機構制御信号、42:エバネッセ
ント光プローブの先端部、44:光レジスト層、45:
被エッチング層、46:Si基板、47:半導体プロセ
ス試料、48、53:精密移動機構、50:潜像パター
ン、51:精密移動機構の位置情報信号、52:光スイ
ッチ、54:透過光信号、58:分光器、59:ロック
インアンプ、60:分光信号、61:記録(相変化)ビ
ット。
1: laser light, 2: laser source (semiconductor laser, gas laser, excimer laser, etc.) 3, 5, 22, 55: lens, 4: first optical coupler, 6, 8, 10, 12, 62: fiber, 7: Second (1: 1) photocoupler, 9: 2: 2 photocoupler, 13: sample, 14, 15, 23, 56: photodetector (photomultiplier tube, photodiode, etc.), 16: Optical fiber core, 17: optical fiber clad, 18: light-shielding film, 19: evanescent light, 20: evanescent optical probe xyz moving mechanism and probe / sample gap detection,
Output, control mechanism, 21: reflected light, 24, 26: protective film, 2
5: Phase change recording film, 27: Transparent substrate (polycarbonate, glass, etc.), 28: Recording medium, 29: Disk table, 30: Rotating shaft, 31: Rotating mechanism, 32: DC circuit for constant laser light output, 33: Pulse generation circuit, 34: semiconductor laser drive circuit, 35: control circuit (including computer, display, printer, etc.), 36: laser drive signal, 3
7: Monitor light detection signal, 38: Tip portion 4 of the probe
2 reflected light detection signal, 39: tip portion 4 of the probe
2 xyz moving mechanism and the gap control signal, 40: reflected light detection signal, 41: rotation mechanism control signal, 42: tip of evanescent optical probe, 44: photoresist layer, 45:
Layer to be etched, 46: Si substrate, 47: Semiconductor process sample, 48, 53: Precision moving mechanism, 50: Latent image pattern, 51: Position information signal of precision moving mechanism, 52: Optical switch, 54: Transmitted light signal, 58: spectroscope, 59: lock-in amplifier, 60: spectroscopic signal, 61: recording (phase change) bit.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エバネッセント光を利用する光学装置のプ
ローブであって、光を2つ以上の光ファイバに分ける光
結合器、あるいはどちらかに通す光スイッチを有し、該
素子を構成している少なくとも1つの光ファイバの先端
を尖鋭化し、エバネッセント光プローブとしたことを特
徴とするプローブ。
1. A probe of an optical device using evanescent light, comprising an optical coupler for splitting light into two or more optical fibers, or an optical switch for passing the light to form the element. A probe characterized in that an evanescent optical probe is formed by sharpening the tip of at least one optical fiber.
【請求項2】エバネッセント光を利用する光学装置にお
いて、光を2つ以上の光ファイバに分ける光結合器、あ
るいはどちらかに通す光スイッチを有し、該素子を構成
している少なくとも1つの光ファイバの先端を尖鋭化
し、エバネッセント光プローブとしたプローブを備え、
該光結合器あるいは該光スイッチの該エバネッセント光
プローブとしない光ファイバの端面から出力される光量
から該エバネッセント光プローブに入力している光量を
モニタすることを特徴とする光学装置。
2. An optical device utilizing evanescent light, which comprises an optical coupler for splitting the light into two or more optical fibers or an optical switch for passing the light, and at least one light constituting the element. The tip of the fiber is sharpened and equipped with a probe that is an evanescent optical probe.
An optical device which monitors the amount of light input to the evanescent optical probe from the amount of light output from the end face of an optical fiber which is not the evanescent optical probe of the optical coupler or the optical switch.
【請求項3】該光結合器あるいは該光スイッチの該エバ
ネッセント光プローブとしない光ファイバの端面から出
力される光量からレーザ光を制御し、あるいは、試料よ
り反射または試料を透過する光の検出光量を規格化する
請求項2記載の光学装置。
3. A laser beam is controlled from the light amount output from the end face of the optical fiber of the optical coupler or the optical switch which is not the evanescent optical probe, or the detected light amount of the light reflected from the sample or transmitted through the sample. The optical device according to claim 2, wherein the optical device is standardized.
【請求項4】前記エバネッセント光プローブを光レジス
トパターン形成、光エッチング、光CVD、表面の変形
あるいはデータ記録またはデータ読み出しに使用する請
求項2または3記載の光学装置。
4. The optical device according to claim 2, wherein the evanescent optical probe is used for photo resist pattern formation, photo etching, photo CVD, surface deformation or data recording or data reading.
【請求項5】試料の光学特性の観察または試料の分光特
性の観察に使用する請求項2または3記載の光学装置。
5. The optical device according to claim 2, which is used for observing optical characteristics of a sample or observing spectral characteristics of a sample.
【請求項6】光検出を入力光源を基準信号とするロック
インアンプで行なう請求項2、3または4記載の光学装
置。
6. An optical device according to claim 2, 3 or 4, wherein light detection is performed by a lock-in amplifier using an input light source as a reference signal.
【請求項7】前記エバネッセント光プローブ及び試料を
特定のガス中、あるいは液体中、あるいは真空中、ある
いは低温下に入れる請求項2ないし6のいずれかに記載
の光学装置。
7. The optical device according to claim 2, wherein the evanescent optical probe and the sample are placed in a specific gas, a liquid, a vacuum, or at a low temperature.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7898759B2 (en) 2007-02-22 2011-03-01 Hitachi, Ltd. Thermally assisted magnetic recording head and magnetic recording apparatus
JP2012128941A (en) * 2010-12-16 2012-07-05 Headway Technologies Inc Thermal assist magnetic recording head, integrated optical intensity measurement element and adjustment method of plasmon wave intensity

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