JPH11110792A

JPH11110792A - 平面プローブ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11110792A
Application number: JP9266869A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Korogi; 元伸興梠; Takashi Yatsui; 崇八井; Genichi Otsu; 元一大津
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】光の損失が小さくエバネッセント光を効率良
く生じることができ、また機械的強度に優れた平面プロ
ーブ及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に錐状の貫通孔２を形成し、こ
の貫通孔２内にレンズ４を収容することでプローブ５を
構成する。そして、このようなプローブ５が複数形成さ
れた平面プローブを用いてエバネッセント光による記録
再生を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばエバネッセ
ント光によって光記録を行うのに用いられる平面プロー
ブ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光照射によって情報の記録再生が行われ
る光記録媒体は、透明基板上に、光記録層や誘電体層、
反射層等の各種機能膜が形成されて構成される。上記光
記録層としては光照射によって形状変化や光学的変化が
生じる材料層や、希土類遷移金属非晶質合金薄膜等の磁
気光学効果を有する材料層が設けられる。

【０００３】従来、これらの光記録層に対する情報記録
は、レーザ光を集光レンズによって集光し光記録層に照
射することで行われている。レーザ光が照射された光記
録層では、そのレーザスポット内において形状変化や光
学的変化あるいは保磁力の低下によって磁化反転が生
じ、ピットが形成される。このようなピットを情報信号
と対応するパターンで形成することによって情報信号が
記録媒体上に記録されるる。また、記録媒体上に記録さ
れた情報信号を再生するには、集光レンズによってレー
ザ光を光記録層上に集光し、その反射光の光強度を検出
する。光記録層からの反射光強度はピットが形成された
部分と形成されていない部分とで異なるために、光記録
層上のピットパターンが反射光強度の変化として検出さ
れ、これによって情報信号が再生される。

【０００４】このような光記録での記録密度はピットの
大きさで決まり、上述のようなレーザ光を集光レンズに
よって集光する記録再生系の場合には光記録層上に集光
されたレーザスポット径によってピットの大きさが決ま
る。しかしながら、レーザスポット径は光の回折限界か
らｋ・λ／ＮＡ（ｋ：定数、λ：光の波長、ＮＡ：レン
ズの開口数）よりも小さくすることができず、したがっ
てレーザ光を集光レンズによって集光する系を用いる限
りは、光記録媒体の高密度記録化に限界がある。

【０００５】そこで、このような光の回折限界の制限を
受けない光記録再生方法として近接場を利用した方法が
有望視されている。

【０００６】エバネッセント光とは、物体裏面に全反射
条件下で光を照射したときに、物体表面からの距離が光
の波長よりも小さい、極めて近接した領域（近接場）に
生じる電磁波である。このエバネッセント光を、例えば
曲率半径が光の波長よりも小さい先鋭形状の先端に生じ
させれば、光の回折限界で制限される最小径よりも小さ
い径でピットを形成することが可能になる。

【０００７】このようなエバネッセント光を利用して光
記録を行う方法としては、光ファイバの一端に、クラッ
ドからコアを突出させ先細り状に先鋭化した先鋭部を有
してなる光ファイバプローブを用いる方法が提案されて
いる。

【０００８】この光ファイバプローブによって光記録媒
体に情報信号を記録するには、光ファイバプローブの先
鋭部先端を光記録媒体に接近させ、光ファイバプローブ
の他端からレーザ光を導入する。導入されたレーザ光は
コア内を伝搬して先鋭部に導かれ、先鋭部先端にエバネ
ッセント光が生じる。このエバネッセント光を光記録層
に照射することによってピットが形成される。また、情
報信号を再生するには、先鋭部先端に生じたエバネッセ
ント光を光記録層に照射し、光記録層上で生じた散乱光
を検出する。このような光ファイバプローブを用いた光
記録では、光ファイバプローブの先鋭部先端の開口径を
３０ｎｍ以下とした場合には１Ｔｂｉｔ／ｉｎ²という
高密度記録も可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、光ファイバ
プローブは、先鋭部が非常に細く機械的に脆いことか
ら、媒体上を高速で走査させると先鋭部が破損するとい
ったトラブルが発生する。また、径が光の波長よりも小
さい先鋭部においては光の損失が大きいため、走査速度
が高速になると十分な再生光量が得られなくなる。これ
らの理由から光ファイバプローブを用いる光記録再生方
法では走査速度を自由に上げることができないといった
問題がある。

【００１０】これらの問題のうち光ファイバプローブで
生じる光損失については、先鋭部の傾斜角を大きくする
ことによって低減するが、先鋭部の傾斜角を大きくする
と逆に分解能は低下してしまう。

【００１１】そこで、先鋭部を２段階の傾斜角で先鋭化
し、先端側の傾斜角を小さくすることによって高い分解
能が得られるようにし、先端側から２段目の傾斜角を大
きくすることによって光損失が抑えられるようにした光
ファイバプローブが提案されている。

【００１２】また、この他に光ファイバプローブを金属
膜で被覆し、プローブ内部のモードの内、最低次モード
の励起効率を増大させた光ファイバプローブも報告され
ている。

【００１３】しかしながら、光ファイバプローブの機械
的脆さや走査速度の問題については有効な対策が講じら
れておらず、このことがエバネッセント光を用いる光記
録を難しいものにしている。

【００１４】そこで、本発明はこのような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、光の損失が小さくエバネ
ッセント光を効率良く生じることができ、また機械的強
度に優れ、さらに光記録再生の光学ヘッドとして用いた
ときに短時間に多くの情報を再生することが可能な平面
プローブ及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の平面プローブは、基板上に錐状の貫通孔
が形成され、この貫通孔内にレンズが収容されることで
形成されたプローブを有することを特徴とするものであ
る。

【００１６】また、本発明の平面プローブの製造方法
は、基板の両主面に熱酸化膜を形成する熱酸化膜形成工
程と、基板の一主面においてプローブに対応する部分の
熱酸化膜を除去するとともに他方の主面においてプロー
ブ形成領域の熱酸化膜を除去する熱酸化膜パターニング
工程と、基板の一主面の熱酸化膜が除去された部分に、
異方性エッチングによって錐状の凹部を形成する凹部形
成工程と、基板の他方の主面にエッチングを行い、錐状
の凹部の頂点をこのエッチング面に臨んで開口させる開
口部形成工程と、基板の一主面に球レンズを分散させた
分散液を塗布することで凹部内に球レンズを収容するレ
ンズ収容工程を有することを特徴とするものである。

【００１７】基板上に錐状の貫通孔が形成され、この貫
通孔内にレンズが収容されることで形成されたプローブ
を有する平面プローブでは、貫通孔の錐の底面側から照
射された光がレンズによって錐の頂点側で集光され、頂
点側の開口部の下側にこの開口径程度の範囲で近接場が
生じる。この場合、光の損失は頂点側の開口部で生じる
可能性があるが、この開口部内を光が伝搬する距離は、
例えば光ファイバプローブに形成された先鋭部の場合に
比べて遙かに短いので光の損失は非常に小さく抑えられ
る。また、この平面プローブは先鋭部のような機械的に
脆い構造を持たないため、高速掃引した場合でも破損が
生じ難い。

【００１８】また、この平面プローブは、例えばシリコ
ン基板に微量元素をドープすることでレンズが形成され
るレンズアレイに比べてレンズの光学特性に誤差が生じ
難く、高い精度が得られる。

【００１９】さらに、この平面プローブは、複数のプロ
ーブを形成したかたちで光記録再生の光学ヘッドとして
用いると、各プローブでそれぞれ信号検出がなされるの
で、同時に複数の情報信号が再生され掃引速度が遅くて
も短時間に多くの情報が再生される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。

【００２１】この実施の形態の平面プローブは、図１、
図２に示すように、基板１上に、錐状の貫通孔２が形成
され、この貫通孔２内に微小レンズ４が収容されて構成
される。この平面プローブでは、この貫通孔２の錐の底
面側（図中上側）から光が照射され、錐の頂点側でエバ
ネッセント光が生じる。つまり、この貫通孔の頂点側が
エバネッセント光が発生する開口部３（以下、この頂点
側の開口部を単に開口部と称する）となる。

【００２２】上記基板１は、特に限定されないが、例え
ばシリコン基板等が用いられる。また上記基板１に形成
される貫通孔２は、錐状に形成され、円錐であっても角
錐であっても良い。また、この錐状の貫通孔２の開口部
３は、錐状の貫通孔の頂点と一致していても良く、開口
部３が臨む基板面が、錐の仮想頂点を含む面に対して後
退して形成されることによってこの仮想頂点よりも開口
部３が微小レンズ４側にずれていても良い。なお、この
開口部の開口径は、エバネッセント光発生のために、数
ｎｍ〜２００ｎｍ程度とされる。

【００２３】上記貫通孔２内には微小レンズ４が収容さ
れる。この微小レンズ４は、貫通孔２内に取り込まれた
光を集光するためのものであり、この微小レンズ４によ
って基板１の屈折率で決まる光の波長の半波長程度にま
で光を絞ることが可能である。この微小レンズ４として
は、凸レンズや球レンズ等の収束レンズが用いられる。
このうち球レンズは、中心対称であるので向きを考慮す
る必要がなく、したがって例えば球レンズを分散させた
分散液を基板表面に塗布するといった操作で容易に凹部
内に収容することができる。

【００２４】平面プローブは、このような微小レンズ４
が収容された貫通孔２がそれぞれプローブ５に対応し、
このプローブ５が基板１上に単数で形成されるか、ある
いは二次元平面上に複数形成されてアレイ状とされる。
プローブ５を複数形成した平面プローブアレイの場合、
その配列は図３（ａ）に示すように複数のプローブ５を
行方向と列方向に等間隔に配列した碁盤目状の並びであ
ってもよく、図３（ｂ）に示すように行あるいは列を斜
めに傾けた菱形状の並びであってもよい。また、このプ
ローブ５の数は、平面プローブの用途によっても異なる
が、光記録に用いる場合には１００個以上設けられる。

【００２５】なお、この平面プローブは、図４に示すよ
うに遮光膜６が基板１の開口部３側の面や、その反対側
の面に形成されていても良い。この遮光膜は、特に基板
に光を透過する材質を用いる場合には必要な構成であ
る。基板面に遮光膜６を設けた場合、この遮光膜６にも
基板の開口部３に対応した位置に開口が形成され、この
遮光膜６で囲まれた開口が実際の光学的開口となる。し
たがって、この場合には、この遮光膜によって形成され
る光学的開口の開口径が、数ｎｍ〜２００ｎｍ程度とさ
れるのが望ましい。この遮光膜６としては、例えば金属
薄膜が設けられる。

【００２６】このような平面プローブでは、貫通孔２の
錐の底面側の面に平行光を照射すると、各貫通孔２に照
射された光が微小レンズ４によって開口部３に集光さ
れ、開口部３の下側に開口径程度の範囲で近接場が生じ
る。この場合、光の損失は開口部３内で生じる可能性が
あるが、この開口部３内を光が伝搬する距離は、例えば
光ファイバプローブに形成された先鋭部の場合に比べて
遙かに短いので光の損失は非常に小さく抑えられる。ま
た、この平面プローブは先鋭部のような機械的に脆い構
造を持たないため、高速掃引した場合でも破損が生じ難
い。

【００２７】さらに、この平面プローブは、複数のプロ
ーブを形成したかたちで光記録再生の光学ヘッドとして
用いると、各プローブでそれぞれ信号検出がなされるの
で同時に複数の情報が再生され掃引速度が遅くても短時
間に多くの情報が再生される。

【００２８】なお、この平面プローブはエバネッセント
光の照射に用いる以外に、開口径を比較的大きく設定す
ることで通常のレンズアレイと同様に、単に光を集光さ
せるために使用することも可能である。

【００２９】このような平面プローブ２１は次のように
して製造される。なお、ここではシリコン基板から平面
プローブを製造する場合を例にして説明する。

【００３０】まず、図５に示すように主面側が（１０
０）結晶格子面となるように切り出されたシリコン基板
１０を用意し、このシリコン基板１０に熱酸化処理を施
すことによって図６に示すように両主面に熱酸化膜１１
を形成する。

【００３１】そして、図７に示すようにこの熱酸化膜１
１上にフォトレジスト１２を塗布し、所定の領域を露光
し、図８に示すように一主面（第１の主面）１０ａ側の
プローブに対応する領域が開口となされたレジストマス
ク１２を形成し、他方の主面（第２の主面）１０ｂ側に
はプローブ形成領域を除いた部分、すなわち辺縁部のみ
を覆うようにレジストマスク１２を形成する。

【００３２】次に、このようにしてレジストマスク１２
が形成された熱酸化膜１１に、緩衝フッ化水素溶液によ
る処理を施し、図９に示すように、レジストマスク１２
の開口に対応する部分の熱酸化膜１１を除去し、続いて
レジストマスク１２を剥離除去する。

【００３３】次いで、このシリコン基板１０に、アルカ
リ水溶液による異方性エッチングを施す。これによっ
て、図１０に示すように第１の主面１０ａの熱酸化膜１
１が形成されていない部分に（１１１）結晶格子面の斜
面で囲まれた四角錐状の凹部１３が形成される。なお、
このエッチングには、例えば液温８０℃、濃度１０％の
ＫＯＨ水溶液が用いられる。

【００３４】続いて、図１１に示すように、このシリコ
ン基板１０の第２の主面１０ｂにエッチングを施すこと
によって基板１０を薄層化し、さらに四角錐状の凹部１
３の頂点が第２の主面１０ｂ側に臨んで開口するまでエ
ッチングを継続する。そして、図１２に示すようにこの
ようにしてエッチングによって開口部１４が形成された
第２の主面１０ｂ上に、スパッタ等の薄膜形成技術によ
って金等の金属薄膜１５を形成する。

【００３５】最後に、微小ガラスビーズ（球レンズ）を
分散させたイソプロピルアルコールを用意し、これを第
１の主面上に滴下する。これによって、図１３に示すよ
うに第１の主面１０ａ上の各凹部１３内にそれぞれビー
ズ１６が収容され、図１、図２に示す平面プローブが完
成する。

【００３６】この平面プローブの製造方法では、例えば
シリコン基板に微量元素をドープしレンズ化することに
よってレンズアレイを製造する方法に比べてレンズの光
学特性に誤差が生じ難く、精度の高い平面プローブが製
造される。

【００３７】なお、平面プローブの作製条件の一例を以
下に示す。この条件では、基板上に開口径が３０ｎｍ〜
２００ｎｍのプローブが形成される。

【００３８】作製条件基板：厚さ２７０μｍのシリコン基板熱酸化膜の厚さ：〜０．５μｍ第１の主面に形成したフォトレジストの各プローブに対応する開口寸法：１０ μｍ×１０μｍ第２の主面に形成したフォトレジストの開口寸法：２ｍｍ×２ｍｍ熱酸化膜のエッチング液：ＢＨＦ溶液シリコン基板の異方性エッチング液：液温８０℃、濃度１０％のＫＯＨ水溶液

【００３９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の平面プローブは、基板上に錐状の貫通孔が形成さ
れ、この貫通孔内にレンズが収容されることで形成され
たプローブを有するので、光損失を小さく抑えてエバネ
ッセント光を生成することができる。また、この平面プ
ローブは先鋭部のような機械的に脆い構造を持たないた
め、高速掃引した場合でも破損が生じ難い。さらに、こ
の平面プローブは、例えばシリコン基板に微量元素をド
ープしレンズ化することによって製造されるレンズアレ
イに比べてレンズの光学特性に誤差が生じ難く、高い精
度を得ることができる。

【００４０】また、このような平面プローブに複数のプ
ローブを形成し、エバネッセント光によって記録再生を
行う光記録再生方法に適用すると、同時に複数の情報信
号が再生されるので、短時間に多くの情報を再生するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した平面プローブの一例を示す概
略断面図である。

【図２】上記平面プローブの平面図である。

【図３】平面プローブに形成されるプローブの配列例を
示すものであり、（ａ）は碁盤目状に配列されたプロー
ブを示す模式図であり、（ｂ）は菱形状に配列されたプ
ローブを示す模式図である。

【図４】本発明を適用した平面プローブの他の例を示す
概略断面図である。

【図５】平面プローブの製造方法を工程順に示すもので
あり、プローブの形成に用いるシリコン基板を示す断面
図である。

【図６】熱酸化膜形成工程を示す断面図である。

【図７】フォトレジスト塗布工程を示す断面図である。

【図８】形成されたレジストマスクのパターンを示す断
面図である。

【図９】熱酸化膜エッチング工程を示す断面図である。

【図１０】凹部形成工程を示す断面図である。

【図１１】開口部形成工程を示す断面図である。

【図１２】遮光膜形成工程を示す断面図である。

【図１３】微小レンズ収容工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板、２凹部、３開口部、４レンズ、５プ
ローブ、６遮光膜、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に錐状の貫通孔が形成され、この
貫通孔内にレンズが収容されることで形成されたプロー
ブを有することを特徴とする平面プローブ。
【請求項２】基板上に、複数のプローブが形成されて
いることを特徴とする請求項１記載の平面プローブ。
【請求項３】上記レンズは、球レンズであることを特
徴とする請求項１記載の平面プローブ。
【請求項４】貫通孔の頂点側の開口部が臨む基板表面
に、遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項１
記載の平面プローブ。
【請求項５】基板の両主面に熱酸化膜を形成する熱酸
化膜形成工程と、基板の一主面においてプローブに対応
する部分の熱酸化膜を除去するとともに他方の主面にお
いてプローブ形成領域の熱酸化膜を除去する熱酸化膜パ
ターニング工程と、基板の一主面の熱酸化膜が除去され
た部分に、異方性エッチングによって錐状の凹部を形成
する凹部形成工程と、基板の他方の主面にエッチングを
行い、錐状の凹部の頂点をこのエッチング面に臨んで開
口させる開口部形成工程と、基板の一主面に球レンズを
分散させた分散液を塗布することで凹部内に球レンズを
収容するレンズ収容工程を有することを特徴とする平面
プローブの製造方法。
【請求項６】基板は主面側が（１００）結晶格子面と
なされたシリコン基板であり、このシリコン基板に形成する凹部は（１１１）結晶格子
面に囲まれた四角錐状であることを特徴とする請求項５
記載の平面プローブの製造方法。
【請求項７】開口部形成工程の後、基板の他方の主面
に遮光膜を形成することを特徴とする請求項５記載の平
面プローブの製造方法。