JPH11271337A - Optical probe, its manufacture, and scanning-type probe microscope - Google Patents

Optical probe, its manufacture, and scanning-type probe microscope

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JPH11271337A
JPH11271337A JP7466398A JP7466398A JPH11271337A JP H11271337 A JPH11271337 A JP H11271337A JP 7466398 A JP7466398 A JP 7466398A JP 7466398 A JP7466398 A JP 7466398A JP H11271337 A JPH11271337 A JP H11271337A
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JP
Japan
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probe
tip
optical
shape
sample
Prior art date
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Application number
JP7466398A
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Japanese (ja)
Inventor
Noritaka Yamamoto
典孝 山本
Tokuo Chiba
徳男 千葉
Hiroshi Muramatsu
宏 村松
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH11271337A publication Critical patent/JPH11271337A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical probe for preventing the output of light from a fiber from being attenuated greatly by exposing only the flatly machined core part of the tip part of an optical probe with a fine opening. SOLUTION: An optical fiber 1 consists of a clad part 3 whose refractive index differs from that of a core part 2 for propagating light, a tip part 4 of an optical probe is in nm size and only the flatly and finely machine core part of the tip part 4 of the optical probe is exposed, and those other than the end part is covered with a metal film 5. A material for reflecting light such as golf, platinum, aluminum, chromium, and nickel is used for the metal film 5.

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】本発明は被測定物表面を光照
射もしくは光励起することにより、固体表面のナノメー
トル領域における形状観察や光物性測定を行うことを目
的とする走査型プローブ顕微鏡に使用する光プローブと
光プローブ製造法と走査型プローブ顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for a scanning probe microscope for observing the shape of a solid surface in a nanometer region and measuring optical properties by irradiating or exciting a surface of an object to be measured. The present invention relates to an optical probe, an optical probe manufacturing method, and a scanning probe microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラスキャピラリおよび光ファイバーを
尖鋭化して作製するアパチャータイプの光プローブが報
告されており、マイクロ加工技術の発達に伴い先端部が
非常に尖ったプローブを作製することができ、従来の光
学顕微鏡の分解能を上まわる光学像を得ることが走査型
プローブ顕微鏡により実現できるようになった。
2. Description of the Related Art An aperture-type optical probe has been reported in which a glass capillary and an optical fiber are sharpened to produce a probe. With the development of micromachining technology, a probe having a very sharp tip can be produced. Obtaining an optical image that exceeds the resolution of an optical microscope can now be realized with a scanning probe microscope.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の微小開
口を有する光プローブにおいて問題となるのは、プロー
ブの尖鋭化に伴い、微小開口におけるエバネッセント場
の強度が、入射光に対して、1/10000から1/1
000000と大きく減少してしまう点である。このこ
とが高いS/N比での試料の光学観測や速いスキャンで
の光加工・書き込みを妨げている。これを解決するため
プローブ先端部にナノメーターサイズの平坦を作製しよ
うとした場合、加工条件に厳密さを要求され、結果、先
端形状にばらつきがでてしまうという問題があった。
However, the problem with the optical probe having the small aperture is that the intensity of the evanescent field at the small aperture is reduced by a factor of 1 / 1/1 from 10,000
This is a point that it is greatly reduced to 000000. This hinders optical observation of the sample at a high S / N ratio and optical processing / writing at a fast scan. In order to solve this, when trying to produce a nanometer-sized flat at the tip of the probe, strictness is required for the processing conditions, and as a result, there is a problem that the tip shape varies.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、光プローブ先端部をナノメートルサイズ
で平らに加工した。ファイバー内の光を導波するコア部
の径が光の波長の長さより細くなると光はトンネル現象
でしか通れなくなるために、先端部を細く長く尖らせる
ことは、実用上適さない形状である。光プローブからの
光のアウトプットを大きくするためにはテーパー角を大
きくし、使用する光の波長の長さより細いコアの長さを
短くすると共に、ナノメートルサイズのフラットな形状
が先端部にあることが有利である。一方、光プローブを
製造する工程は先端形状を安定に再現よく作製するため
に、ファイバーのコア部を優先的に減少させるエッチン
グ工程と、次にファーバー外形を尖鋭化するエッチング
工程を組み合わせることでこれを可能とした。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the tip of an optical probe is flatly processed to a nanometer size. If the diameter of the core for guiding the light in the fiber is smaller than the wavelength of the light, the light can only pass through a tunnel phenomenon. Therefore, it is a shape that is not practically suitable to make the tip end thin and long. In order to increase the output of light from the optical probe, the taper angle is increased, the length of the core that is narrower than the wavelength of the light used is shortened, and a flat shape of nanometer size is at the tip It is advantageous. On the other hand, in the process of manufacturing an optical probe, in order to stably produce the tip shape with good reproducibility, the etching process that preferentially reduces the core of the fiber and the etching process that sharpens the outer shape of the fiber are combined. Was made possible.

【0005】これら光プローブ製造工程のうち、ファイ
バーのコア部を優先的に減少させるエッチング工程には
フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合比が1:2
(<2)のものをエッチング液とする。ファイバーを尖
鋭化するエッチング工程にはフッ化水素酸をエッチング
液とし、その場合は逆にファイバークラッド部を優先的
にエッチングされる。エッチング液の構成は上記のフッ
化水素酸を主成分とする溶液の上にこれらエッチング液
より比重が小さくかつ互いに混合かつ反応しない溶液で
重ねた2層構造とする。
[0005] Among these optical probe manufacturing processes, the etching process for preferentially reducing the core of the fiber involves a mixing ratio of hydrofluoric acid and ammonium fluoride of 1: 2.
(<2) is used as an etching solution. In the etching step for sharpening the fiber, hydrofluoric acid is used as an etchant. In this case, the fiber clad portion is preferentially etched. The structure of the etching solution is a two-layer structure in which a solution having a lower specific gravity than these etching solutions and not mixed and reacted with each other is superposed on the above-mentioned solution containing hydrofluoric acid as a main component.

【0006】また、光プローブの先端部を尖鋭化する工
程の補換工程としてファイバーを加熱手段により加熱し
ながら張力を付加して引張破断する工程とした。
Further, as a replacement step of the step of sharpening the tip of the optical probe, a step of applying a tension while heating the fiber by a heating means and performing a tensile break is performed.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図1は本発明の第一実施例であ
る光プローブの断面図である。光ファイバー1は、光を
伝搬するコア部2と屈折率の異なるクラッド部3からな
る。光プローブはその先端部4がナノメートルサイズで
平らに微細加工され、外側を先端部4以外を金属膜5で
覆われている。金属膜5としては金、白金、アルミニウ
ム、クロム、ニッケル等の光を反射する材料が用いられ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of an optical probe according to a first embodiment of the present invention. The optical fiber 1 includes a core portion 2 for transmitting light and a clad portion 3 having a different refractive index. The tip portion of the optical probe is finely flattened to have a nanometer size, and the outside is covered with a metal film 5 except for the tip portion 4. As the metal film 5, a material that reflects light, such as gold, platinum, aluminum, chromium, and nickel, is used.

【0008】図2は本発明の第二実施例である光プロー
ブの先端付近の形状をあらわした図である。図2(A)
に示すように先端付近はストレートな形状や、図2
(B)に示すように鈎型の形状であることが可能であ
る。ストレートな形状の光プローブは、光プローブ先端
を試料表面に対して水平に振動させる方式の近接場顕微
鏡に搭載する。鈎型形状の光プローブは、光プローブ先
端を試料表面に対して垂直に振動させる方式および接触
させる方式の近接場顕微鏡に搭載する。
FIG. 2 is a view showing the shape near the tip of an optical probe according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2 (A)
As shown in the figure, the shape near the tip is straight,
It can be hook-shaped as shown in FIG. The straight-shaped optical probe is mounted on a near-field microscope that vibrates the tip of the optical probe horizontally with respect to the sample surface. The hook-shaped optical probe is mounted on a near-field microscope of a type in which the tip of the optical probe is vibrated perpendicularly to the sample surface and a type in which the tip is brought into contact with the sample surface.

【0009】また先端前部6の外径8は先端後部7の外
形よりステップ状に細く加工した形態も可能で、そのこ
とにより光プローブのバネ弾性を小さくすることがで
き、軟らかい試料表面の観測に適している。図3
(A),(B)は本発明の第三実施例であるステップ状
に外径を細くした光プローブ14とその製造工程の一部
を示したものであり、ファイバーをエッチング液に浸し
た状態を表している。図3(A)はファイバーのコア部
2にくぼみ部12をつくる工程である。光ファイバー1
の末端の1cmから10cm程度、合成樹脂の被覆を取
り除き、表面を清浄にする。端面を劈開により平らにカ
ットし、光ファイバー1の末端から0.5mmから50
mmの部分をエッチング液に挿入する。
The outer diameter 8 of the front end portion 6 can be formed in a step-like shape smaller than the outer shape of the rear end portion 7, thereby reducing the spring elasticity of the optical probe and observing a soft sample surface. Suitable for. FIG.
(A) and (B) show an optical probe 14 of a third embodiment of the present invention in which the outer diameter is reduced stepwise and a part of a manufacturing process thereof, in which a fiber is immersed in an etching solution. Is represented. FIG. 3A shows a step of forming a concave portion 12 in the core portion 2 of the fiber. Optical fiber 1
About 1 cm to 10 cm of the end of the resin, the coating of the synthetic resin is removed and the surface is cleaned. The end face is cut flat by cleavage, and 0.5 mm to 50 mm from the end of the optical fiber 1.
The mm part is inserted into the etching solution.

【0010】エッチング液は、フッ化水素酸を主成分と
する第1の溶液層10と、第1の溶液層より比重が小さ
く、第1の溶液層と互いに反応かつ混合しない第2の溶
液層9の2層で構成されている。第1の溶液層10とし
ては、40%濃度のフッ化水素酸水溶液と50%濃度の
フッ化アンモニウムからなる混合溶液(HF:NH3F
=1:2(<2))が用いられる。第2の溶液層9とし
ては、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの有機溶媒
や、鉱物油、植物油、化学合成油などの油脂類が用いら
れるが、第1の溶液層11より比重が小さく、第1の溶
液層10またはと互いに反応かつ混合しない他の溶液も
使用可能である。
The etching solution comprises a first solution layer 10 containing hydrofluoric acid as a main component and a second solution layer having a specific gravity smaller than that of the first solution layer and not reacting with and mixing with the first solution layer. 9 is composed of two layers. As the first solution layer 10, a mixed solution (HF: NH 3 F) of a 40% concentration aqueous hydrofluoric acid solution and a 50% concentration ammonium fluoride is used.
= 1: 2 (<2)). As the second solution layer 9, an organic solvent such as hexane, heptane, and octane, and oils and fats such as mineral oil, vegetable oil, and chemically synthesized oil are used. Other solutions which do not react and mix with each other or with the solution layer 10 can also be used.

【0011】図3(B)はファイバーの先端近傍にテー
パー部13をつくるエッチング工程を示している。この
場合、第1の溶液層11として、40%濃度のフッ化水
素酸水溶液を用い、第2の溶液層9は図3(A)で示し
たものと同じである。第1の溶液層と第2の溶液層の界
面でエッチングを行う。この尖鋭化の工程は、Denn
is R.Turnerら(US 4,469,55
4)によって開示されている。フッ酸溶液は揮発性が高
いために濃度が徐々に変化してしまうことと人体や環境
に対する影響が大きいという問題がある。フッ化水素酸
溶液と有機溶液層の2層構造にすることで揮発を防ぐと
共に、大気に放出されるフッ酸を押さえる効果もある。
FIG. 3B shows an etching step for forming a tapered portion 13 near the tip of the fiber. In this case, a 40% concentration aqueous solution of hydrofluoric acid is used as the first solution layer 11, and the second solution layer 9 is the same as that shown in FIG. Etching is performed at the interface between the first solution layer and the second solution layer. This sharpening process is based on Denn
isR. Turner et al. (US 4,469,55)
4). Since the hydrofluoric acid solution has high volatility, there are problems that the concentration gradually changes and that the influence on the human body and the environment is great. The two-layer structure of the hydrofluoric acid solution and the organic solution layer has an effect of preventing volatilization and suppressing hydrofluoric acid released to the atmosphere.

【0012】図3(B)では、化学エッチングによる尖
鋭化の工程を示したが、尖鋭化は加熱引き伸ばしの方法
によっても実施可能である。図3(C)はその工程を示
している。プローブの先端とする部分を加熱しながら、
ファイバーを両端に引き伸ばし尖鋭化する。加熱の手段
としては、炭酸ガスレーザー光を集光して当てる方法
や、コイル状に巻いた白金線の中央に光ファイバーを通
し、白金線に電流を流して加熱する方法を用いることが
できる。
FIG. 3B shows the step of sharpening by chemical etching, but the sharpening can also be performed by a heating and stretching method. FIG. 3C shows the process. While heating the tip of the probe,
Stretch the fiber to both ends and sharpen. As a heating means, a method of condensing and applying a carbon dioxide gas laser beam, a method of passing an optical fiber through the center of a platinum wire wound in a coil shape, and flowing an electric current to the platinum wire to heat it can be used.

【0013】このように熱引きで作製した尖鋭化された
光プローブの先端部4を平らに加工する場合も図3
(A)(B)に示したものと同一の工程により行う。こ
の場合には加熱引き伸ばしの方法によってファイバーコ
ア部2は先端部4の尖鋭化に伴い先細りの形状であるこ
とが構造的に異なっている。以下図4、図5に詳細な工
程を説明する図4は本発明の第四実施例である光プロー
ブの製造工程の一部を示したものである。図4(a)は
ファイバー端面を平らに劈開させた状態を示している。
これを図3(a)に示したエッチング液に浸す。すると
図4(b)に示すようにファイバーのコア部2が優先的
にエッチングされるために、端面にくぼみ部12を作製
できる。引き続き、図3(b)に示したエッチング液に
浸すことによりクラッド部3が優先的にエッチングでき
るため図4(c)に示すようなテーパー部13を作製す
ることができる。コア部2を一度へこませてから先端テ
ーパー形状を作ることにより先端部4を平坦にするため
のエッチング時間制御が容易になるため図4(d)に示
すようなナノメートルサイズの平坦を持つ光プローブを
再現性よく作製することができる。
When the tip 4 of the sharpened optical probe manufactured by heat drawing is flattened as shown in FIG.
(A) The same steps as those shown in (B) are performed. In this case, it is structurally different that the fiber core portion 2 has a tapered shape due to the sharpening of the tip portion 4 due to the method of heating and stretching. FIGS. 4 and 5 which illustrate detailed steps in FIGS. 4 and 5 show a part of the manufacturing process of an optical probe according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4A shows a state in which the end face of the fiber is cleaved flat.
This is immersed in the etching solution shown in FIG. Then, as shown in FIG. 4B, the core portion 2 of the fiber is preferentially etched, so that the concave portion 12 can be formed on the end face. Subsequently, the clad portion 3 can be preferentially etched by immersing in the etching solution shown in FIG. 3B, so that the tapered portion 13 as shown in FIG. By making the tip portion tapered once the core portion 2 is recessed once, it is easy to control the etching time for flattening the tip portion 4, so that it has a flatness of nanometer size as shown in FIG. An optical probe can be manufactured with good reproducibility.

【0014】図5は本発明の第五実施例である光プロー
ブの製造工程の一部を示したものである。図5(a)は
熱引き法によりテーパー状に破断したファイバー端面を
表している。これを図3(a)に示したエッチング液に
浸すと図4(b)に示すようにファイバーのコア部分2
が優先的にエッチングされるために、端面にくぼみ部1
2を作製できる。引き続き、図3(b)に示したエッチ
ング液に浸すことによりクラッド部3が優先的にエッチ
ングできるため図4(c)に示すようなテーパー部13
を作製することができる。この場合、最初の熱引き工程
で先端のテーパー形状ができているため、図3(B)に
示したような2層のエッチング液界面でエッチングする
必要はなく先端近傍を完全に第1層11につけてしまっ
てもかまわない。コア部2を一度へこませてから先端テ
ーパー形状を作ることにより先端部を平坦にするための
エッチング時間制御が容易になるため図4(d)に示す
ようなナノメートルサイズの平坦を持つ光プローブを再
現性よく作製することができる。
FIG. 5 shows a part of the manufacturing process of an optical probe according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5A shows a fiber end face that has been cut into a tapered shape by the heat drawing method. When this is immersed in the etching solution shown in FIG. 3 (a), as shown in FIG.
Is preferentially etched, so that the recess 1
2 can be produced. Subsequently, the clad portion 3 can be preferentially etched by immersing it in the etching solution shown in FIG. 3B, so that the tapered portion 13 shown in FIG.
Can be produced. In this case, since the tapered shape of the tip is formed in the first heat drawing step, it is not necessary to perform etching at the interface between the two etchants as shown in FIG. You can put it on. By forming the tapered shape at the tip after the core portion 2 is recessed once, it is easy to control the etching time for flattening the tip, so that light having a flatness of nanometer size as shown in FIG. Probes can be produced with good reproducibility.

【0015】図6は本発明の第六実施例である光プロー
ブの製造工程の一部を示したものである。前工程で成形
した光ファイバーの、先端部4を除く部分に金属膜5を
堆積する工程を表した断面図である。金属膜5の堆積方
法としては真空蒸着、スパッタなど異方性を有する薄膜
堆積法が用いられ、膜厚は20nmから1000nmの
範囲で選択される。堆積方向は図6中に矢印で示したと
おり、先端の後方であり、角度Aが、20度から90度
の範囲で選択される。先端部4の大きさは光ファイバー
の平坦化された先端部4の大きさと、金属膜5の膜厚、
堆積角度により変化させることができる。
FIG. 6 shows a part of the manufacturing process of an optical probe according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a step of depositing a metal film 5 on a portion of the optical fiber formed in the previous step except for a tip 4. As a method of depositing the metal film 5, a thin film deposition method having anisotropy such as vacuum evaporation or sputtering is used, and the thickness is selected in the range of 20 nm to 1000 nm. The deposition direction is behind the tip as shown by the arrow in FIG. 6, and the angle A is selected in the range of 20 degrees to 90 degrees. The size of the tip 4 is the size of the flattened tip 4 of the optical fiber, the thickness of the metal film 5,
It can be changed by the deposition angle.

【0016】図4・5・6は図1Aに示した直線状の光
伝搬体プローブの製造工程を示したが、同様にして図1
Bに示した鈎状の光伝搬体プローブを製造することも可
能である。光プローブ製造方法による作用及び効果は、
プローブ先端が鈎状に成形されている以外、図4・5・
6の実施例に示した光伝搬体プローブの製造方法による
作用及び効果と変わるところはない。
FIGS. 4, 5, and 6 show the steps of manufacturing the linear light propagation body probe shown in FIG. 1A.
It is also possible to manufacture the hook-shaped light propagation body probe shown in FIG. The functions and effects of the optical probe manufacturing method are as follows.
Figures 4-5, except that the probe tip is shaped like a hook
There is no difference from the operation and effect of the method for manufacturing the light propagation body probe shown in the sixth embodiment.

【0017】図7は本発明の第七実施例である光プロー
ブを搭載した走査型プローブ顕微鏡の例を示している。
図1Bの第二実施例に示した鈎状の光プローブ22を、
先端後部7で振動手段であるバイモルフ15に設置し、
光プローブ22の先端を試料16に対して垂直に振動さ
せ、光プローブ22の先端と試料16の表面の間に作用
する原子間力あるいはその他の相互作用に関わる力を光
プローブ22の振動特性の変化として変位検出手段17
で検出し、光プローブ22の先端と試料17の表面の間
隔を一定に保つように制御手段18で制御しながら、X
YZ移動機構19により試料を走査して表面形状を測定
する構成である。同時に、光学特性測定用光源21の光
を光プローブ22に導入し、光プローブ22先端の先端
部4から試料16に光を照射し、光学特性測定光検出手
段20で検出することによって微小領域の光学特性の測
定を行う。
FIG. 7 shows an example of a scanning probe microscope equipped with an optical probe according to a seventh embodiment of the present invention.
The hook-shaped optical probe 22 shown in the second embodiment of FIG.
At the rear end 7, it is installed on a bimorph 15 which is a vibration means,
The tip of the optical probe 22 is oscillated vertically with respect to the sample 16, and an atomic force or other force acting between the tip of the optical probe 22 and the surface of the sample 16 is subjected to the vibration characteristic of the optical probe 22. Displacement detection means 17 as a change
And X is controlled by the control means 18 so that the distance between the tip of the optical probe 22 and the surface of the sample 17 is kept constant.
In this configuration, the sample is scanned by the YZ movement mechanism 19 to measure the surface shape. At the same time, the light from the optical property measurement light source 21 is introduced into the optical probe 22, the sample 16 is irradiated with light from the tip 4 of the tip of the optical probe 22, and the sample 16 is detected by the optical property measurement light detection means 20, so The optical characteristics are measured.

【0018】図7は試料16の裏面で測定光を検出する
透過型の構成を示したが、試料表面で測定光を検出する
反射型の構成や、光プローブ22で光を検出する構成も
可能である。また、通常、変位検出手段17としては光
てこが用いられるが、圧電体を有する光プローブを用い
ることで変位検出手段17は不要となる。また、図7は
光プローブ22を振動させる装置構成を示したが、バイ
モルフ15を振動させないか、バイモルフ15を使用し
ない装置構成とし、コンタクトモードのAFMとして測
定を行うことも可能である。
FIG. 7 shows a transmission type configuration for detecting the measurement light on the back surface of the sample 16, but a reflection type configuration for detecting the measurement light on the sample surface or a configuration for detecting the light with the optical probe 22 is also possible. It is. Although an optical lever is usually used as the displacement detecting means 17, the displacement detecting means 17 becomes unnecessary by using an optical probe having a piezoelectric body. FIG. 7 shows the device configuration for vibrating the optical probe 22, but it is also possible to perform the measurement as a contact mode AFM by not vibrating the bimorph 15 or using a device configuration not using the bimorph 15.

【0019】さらに、これらの装置にプローブと試料が
液体中に保持されるように液だめの覆いを設けることで
液中における測定を行うことができる。以上では、光プ
ローブ22について説明を行ってきたが、このプローブ
はAFM専用のプローブとして用いることができる。こ
の場合は、金属膜5は不要であり、先端はより尖鋭な形
状にすることができる。プローブ材料としては、光ファ
イバー、その他、ガラスファイバー、金属細線等を用い
ることができる。 AFMプローブとして用いた場合の
特徴としては、特に液中においてプローブを振動させて
原子間力を検出するモードでは、従来AFMプローブが
板構造であるため液体の粘性の影響や液体を伝わる外乱
振動の影響を受けるのに対し、きわめて安定な共振特性
を示し、安定に測定することができる。
Further, by providing these devices with a reservoir for a reservoir so that the probe and the sample are held in the liquid, measurement in the liquid can be performed. Although the optical probe 22 has been described above, this probe can be used as a probe dedicated to the AFM. In this case, the metal film 5 is not required, and the tip can be made sharper. As the probe material, optical fiber, glass fiber, thin metal wire, or the like can be used. A feature of using the AFM probe as an AFM probe is that, especially in a mode in which the probe is vibrated in a liquid to detect an atomic force, the conventional AFM probe has a plate structure, so that the influence of the viscosity of the liquid and the disturbance vibration transmitted through the liquid are reduced. Although it is affected, it exhibits extremely stable resonance characteristics and can be measured stably.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光プ
ローブと光プローブの製造法によれば、従来の光近接場
効果を利用した光プローブにおいて、微小開口における
エバネッセント場の強度が、入射光に対して、大きく減
衰してしまったのに対して、微小開口を有する光プロー
ブ先端部分をナノメートルサイズで平らに加工すること
で、微小開口部に形成されるエバネッセント場の強度を
増強する光プローブを提供することが可能になり、S/
N比の高い走査型プローブ顕微鏡観察を行うことが可能
になった。これによって、蛍光像観察、微小領域のラマ
ン分光、時間分解分光における応用範囲を大きく広げる
ことができた。またメモリーへの応用では書き込み速度
を向上することができた。この行程により再現性のよい
プローブ作製の生産性を向上できる。
As described above, according to the optical probe and the method of manufacturing the optical probe according to the present invention, the intensity of the evanescent field at the minute aperture is reduced by the incident light in the conventional optical probe utilizing the optical near-field effect. In contrast to the light that has been greatly attenuated, light that enhances the intensity of the evanescent field formed in the minute opening by processing the tip of the optical probe with the minute opening flat at nanometer size. It becomes possible to provide a probe,
Scanning probe microscope observation with a high N ratio has become possible. As a result, the application range of fluorescence image observation, Raman spectroscopy of minute regions, and time-resolved spectroscopy can be greatly expanded. In the application to memory, the writing speed could be improved. This process can improve the productivity of producing probes with good reproducibility.

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

【図1】本発明の光プローブの構成を表した図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical probe of the present invention.

【図2】本発明の光プローブの先端付近を示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing the vicinity of the tip of the optical probe of the present invention.

【図3】本発明の光プローブのエッチングおよび熱引き
工程を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing an etching and heat drawing step of the optical probe of the present invention.

【図4】本発明の光プローブの製作工程を示した図であ
る。
FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of the optical probe of the present invention.

【図5】本発明の光プローブの製作工程を示した図であ
る。
FIG. 5 is a view showing a manufacturing process of the optical probe of the present invention.

【図6】本発明の光プローブの成膜工程を示した図であ
る。
FIG. 6 is a view showing a film forming process of the optical probe of the present invention.

【図7】本発明の光プローブを近接場顕微鏡に搭載した
例を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which the optical probe of the present invention is mounted on a near-field microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・光ファイバー 2・・・コア部 3・・・クラッド部 4・・・先端部 5・・・金属膜 6・・・先端前部 7・・・先端後部 8・・・外径 9・・・第2の溶液層 10・・・第1の溶液層 11・・・第1の溶液層 12・・・くぼみ部 13・・・テーパー部 14・・・ステップ状に外径を細くした光プローブ 15・・・バイモルフ 16・・・試料 17・・・変位検出手段 18・・・制御手段 19・・・ XYZ移動機構 20・・・光学特性測定光検出手段 21・・・光学特性測定用光源 22・・・光プローブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical fiber 2 ... Core part 3 ... Cladding part 4 ... Tip part 5 ... Metal film 6 ... Tip front part 7 ... Tip rear part 8 ... Outer diameter 9. ··· Second solution layer 10 ··· First solution layer 11 ··· First solution layer 12 ··· Indented portion 13 ··· Tapered portion 14 ··· Step-shaped light with reduced outer diameter Probe 15 Bimorph 16 Sample 17 Displacement detecting means 18 Control means 19 XYZ moving mechanism 20 Optical property measuring light detecting means 21 Optical property measuring light source 22 ... Optical probe

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コア部とクラッド部で構成される光ファ
イバーの先端近傍がテーパー状に尖鋭化され、端部が光
学開口として機能する光プローブにおいて、その端部が
平面であるコア部のみが露出されており端部以外の部分
が金属膜で被覆されていることを特徴とする光プロー
ブ。
1. An optical probe in which the vicinity of the tip of an optical fiber composed of a core part and a clad part is tapered and the end part functions as an optical aperture, and only the core part whose end part is flat is exposed. An optical probe, wherein a portion other than an end portion is covered with a metal film.
【請求項2】 前記光プローブは形状がストレートであ
ることを特徴とする請求項1記載の光プローブ。
2. The optical probe according to claim 1, wherein the optical probe has a straight shape.
【請求項3】 前記光プローブは形状が鈎型であること
を特徴とする請求項1記載の光プローブ。
3. The optical probe according to claim 1, wherein the optical probe has a hook shape.
【請求項4】 前記光プローブにおいて先端付近の外径
がステップ状に細く加工してあることを特徴とする特徴
とする請求項1から3記載の光プローブ。
4. The optical probe according to claim 1, wherein the outer diameter of the optical probe in the vicinity of the tip is thinned in a step shape.
【請求項5】 前記光プローブにおいてファイバーのコ
ア部を優先的にエッチングする工程とファイバー先端を
尖鋭化する工程によりコア先端部の形状を平らに加工す
る工程を含むことを特徴とする光プローブ製造方法。
5. An optical probe manufacturing method, comprising: a step of preferentially etching a core of a fiber and a step of sharpening a tip of the fiber in the optical probe to flatten the shape of the tip of the core. Method.
【請求項6】 前記光プローブは加熱し、熱引き破断す
る工程と、コア部を優先的にエッチングする工程とファ
イバー先端を尖鋭化する工程によりコア先端部の形状を
平らに加工する工程を含むことを特徴とする光プローブ
製造方法。
6. The optical probe includes a step of heating and thermally breaking the core, a step of preferentially etching the core, and a step of flattening the shape of the core tip by a step of sharpening the tip of the fiber. A method for manufacturing an optical probe, comprising:
【請求項7】 前記光プローブのコア部を優先的にエッ
チングする工程に用いるエッチング液はフッ化水素酸と
フッ化アンモニウムの混合液からなることを特徴とする
請求項5および6記載の光プローブ製造方法。
7. The optical probe according to claim 5, wherein the etching solution used in the step of preferentially etching the core portion of the optical probe is a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. Production method.
【請求項8】 前記プローブの先端部と測定すべき試料
あるいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と前
記表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関
わる力が作用する動作距離内に近づけた状態で、2次元
的な走査手段によって前記試料表面を走査するととも
に、制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プロ
ーブを制御し、試料形状を測定する走査型プローブ顕微
鏡において前記プローブの先端と前記表面を相対的に水
平方向あるいは垂直方向に振動させる振動手段と、前記
プローブの変位を検出する変位検出手段と、前記検出手
段が出力する検出信号に基づいて前記プローブの先端部
と前記表面の間隔を一定に保つための制御手段を有する
とともに、少なくとも請求項1から4記載の光プローブ
を有することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
8. The distance between the tip of the probe and the surface of the sample or medium to be measured is determined by the operating distance at which an atomic force or other interaction-related force acts between the tip of the probe and the surface. In a scanning probe microscope that scans the sample surface by two-dimensional scanning means and controls the probe along the shape of the surface by control means to measure the sample shape in a state where the probe is brought close to the inside of the probe. Vibrating means for vibrating the tip and the surface relatively horizontally or vertically, displacement detecting means for detecting displacement of the probe, and the tip of the probe based on a detection signal output by the detecting means. A control means for keeping the distance between the surfaces constant, and at least an optical probe according to claims 1 to 4. Scanning probe microscope.
【請求項9】 前記プローブの先端部と測定すべき試料
あるいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と前
記表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関
わる力が作用する動作距離内に近づけた状態で、2次元
的な走査手段によって前記試料表面を走査するととも
に、制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プロ
ーブを制御し、前記表面の微小領域に対して、光照射あ
るいは光検出を行い、試料形状と2次元光学情報を同時
に測定する走査型プローブ顕微鏡において、前記プロー
ブの先端と前記表面を相対的に水平方向あるいは垂直方
向に振動させる振動手段と、前記プローブの変位を検出
する変位検出手段と、前記検出手段が出力する検出信号
に基づいて前記プローブの先端部と前記表面の間隔を一
定に保つための制御手段を有するとともに、少なくとも
請求項1から4記載のプローブを有することを特徴とす
る走査型プローブ顕微鏡。
9. The distance between the tip of the probe and the surface of the sample or medium to be measured is determined by the working distance at which an atomic force or other interaction-related force acts between the tip of the probe and the surface. In a state in which the probe is brought close to the inside, the sample surface is scanned by two-dimensional scanning means, and the probe is controlled along the shape of the surface by the control means. In a scanning probe microscope that performs light detection and simultaneously measures a sample shape and two-dimensional optical information, a vibration unit that vibrates the tip and the surface of the probe relatively horizontally or vertically, and displaces the probe. Displacement detecting means for detecting, and a control means for maintaining a constant distance between the tip of the probe and the surface based on a detection signal output by the detecting means. A scanning probe microscope having a step and at least the probe according to claim 1.
【請求項10】 前記プローブの先端部と測定すべき試
料あるいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と
前記表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に
関わる力が作用する動作距離内に近づけた状態で、2次
元的な走査手段によって前記試料表面を走査するととも
に、制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プロ
ーブを制御し、試料形状を測定する走査型プローブ顕微
鏡おいて、前記プローブの変位を検出する変位検出手段
と、前記検出手段が出力する検出信号に基づいて前記プ
ローブの先端部と前記表面の間隔を一定に保つための制
御手段を有するとともに、少なくとも請求項1から4記
載のプローブを有することを特徴とする走査型プローブ
顕微鏡。
10. The distance between the tip of the probe and the surface of the sample or medium to be measured is determined by the working distance at which an atomic force or other interaction force acts between the tip of the probe and the surface. In a state of being close to the inside, while scanning the sample surface by two-dimensional scanning means, controlling the probe along the shape of the surface by control means, in a scanning probe microscope to measure the sample shape, A displacement detection unit for detecting the displacement of the probe, and a control unit for keeping a distance between the tip of the probe and the surface constant based on a detection signal output by the detection unit, and at least from claim 1 A scanning probe microscope comprising the probe according to 4.
【請求項11】 前記プローブの先端部と測定すべき試
料あるいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と
前記表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に
関わる力が作用する動作距離内に近づけた状態で、2次
元的な走査手段によって前記試料表面を走査するととも
に、制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プロ
ーブを制御し、前記表面の微小領域に対して、光照射あ
るいは光検出を行い、試料形状と2次元光学情報を同時
に測定する走査型プローブ顕微鏡において、前記プロー
ブの変位を検出する変位検出手段と、前記検出手段が出
力する検出信号に基づいて前記プローブの先端部と前記
表面の間隔を一定に保つための制御手段と、前記プロー
ブのねじれを検出するねじれ検出手段を有するととも
に、少なくとも請求項1から4記載のプローブを有する
ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
11. The distance between the tip of the probe and the surface of the sample or medium to be measured is determined by the operating distance at which an atomic force or other interaction-related force acts between the tip of the probe and the surface. In a state in which the probe is brought close to the inside, the sample surface is scanned by two-dimensional scanning means, and the probe is controlled along the shape of the surface by the control means. In a scanning probe microscope that performs light detection and simultaneously measures a sample shape and two-dimensional optical information, a displacement detection unit that detects displacement of the probe, and a tip of the probe based on a detection signal output by the detection unit. And control means for keeping the distance between the probe and the surface constant; and torsion detecting means for detecting the torsion of the probe, and at least claim A scanning probe microscope comprising the probe according to any one of claims 1 to 4.
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WO2002056070A1 (en) * 2001-01-16 2002-07-18 Japan Science And Technology Corporation Optical fiber for transmitting ultraviolet ray, optical fiber probe, and method of manufacturing the optical fiber and optical fiber probe
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