JPH11352134A

JPH11352134A - 光検出または照射用プローブとその製造方法、及びこれらのプローブを備えた走査型プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JPH11352134A
Application number: JP17393398A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kawasaki; 岳彦川崎; Takayuki Yagi; 隆行八木; Yasuhiro Shimada; 康弘島田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】１００ｎｍ以下の開口径を持つ微小開口であっ
ても、再現性良く微小開口を形成することができる光検
出または照射用プローブとその製造方法を提供するこ
と。【解決手段】遮光性部材１に設けられた微小開口３より
透光性薄膜２が露出してなる光検出または照射用プロー
ブであって、前記微小開口より露出する透光性薄膜によ
って遮光性部材の主面に対して凸状となる突起部５が形
成されていることを特徴とするものであり、またプロー
ブの製造方法は、遮光性部材１に設けられた微小開口３
より透光性薄膜２を露出させて光検出または照射用プロ
ーブを製造する方法であって、前記遮光性部材と前記透
光性薄膜を接合形成する工程と、前記遮光性部材の一部
を研磨除去することで該透光性薄膜の一部が露出した微
小開口を形成する工程と、を少なくとも有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光学の手法
を応用した走査型プローブ顕微鏡による、高分解能の表
面観察、微細加工などに用いる光検出または照射用プロ
ーブとその製造方法、及びこれらのプローブを備えた走
査型プローブ顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、導体の表面原子の電子構造を直接
観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下「ＳＴＭ」とい
う）が開発されて［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．，
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８
２）］、単結晶、非晶質を問わず実空間像を高い分解能
で測定できるようになって以来、走査型プローブ顕微鏡
が材料の微細構造評価の分野でさかんに研究されるよう
になってきた。走査型プローブ顕微鏡としては、微小探
針を有するプローブを評価する試料に近接させることに
より得られるトンネル電流、原子間力、磁気力、光等を
用いて表面の構造を検出する走査型トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力顕微鏡（Ｍ
ＦＭ）等がある。さらにＳＴＭを発展させたものとし
て、プローブ先端に設けた光の波長以下の開口径の微小
開口からしみ出すエバネッセント光を試料表面から光プ
ローブで検出して試料表面を調べる走査型近接場光顕微
鏡（以下ＳＮＯＭと略す）［Ｄｕｒｉｇ他，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．５９，３３１８（１９８６）］が開発さ
れた。さらに、ＳＮＯＭの１種として、試料裏面からプ
リズムを介して全反射の条件で光を入射させ、試料表面
へしみ出すエバネッセント光を試料表面から光プローブ
で検出して試料表面を調べるフォトンＳＴＭ（以下ＰＳ
ＴＭと略す）［Ｒｅｄｄｉｃｋ他，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．
Ｂ３９，７６７（１９８９）］も開発された。

【０００３】上記のＳＮＯＭにおいては、これまで種々
の光プローブの作製方法が工夫されてきた。例えば、Ｐ
ＳＴＭでは光プローブの先端に微小開口を設けず、光プ
ローブとして用いる光ファイバー端面の化学エッチング
条件を最適化することにより先端を尖鋭化し、分解能を
向上させてきた。初期のＳＮＯＭにおいては、透明結晶
の劈開面の交点を金属でコーティングし、これを固い面
に押しつけ交点部分の金属を除去して交点を露出させ微
小開口を作製した（欧州特許第１１２４０２号明細
書）。その後、微小開口をリソグラフィーの手法を用い
て作製する方法も用いられている。また、微小開口と光
導波路を一体構成して光プローブを作製する方法も提案
されている（米国特許第５３５４９８５号明細書）。ま
た、Ｓｉ単結晶基板に対する異方性エッチング技術を応
用し、微小開口を作製することも行われている（特開平
７−１６７８６９号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のうち、ＰＳＴＭの場合のように光プローブに微小
開口を用いない場合、試料表面の凹凸による散乱光等エ
バネッセント光以外の迷光を検出してしまい、分解能が
低下してしまうという点に問題がある。また、光ファイ
バーをエッチングする方法では、先端が先鋭化されるた
め機械的強度が低く、試料表面との衝突に対する耐性が
低く、高速走査を行うことが難しい点に難点がある。ま
た、微小開口を用いた光プローブの場合は、微小開口の
開口径を検出に用いる光の波長以下とし、より高い分解
能を得るためにはさらに小さくする必要がある。また、
光プローブを交換した際にＳＮＯＭ装置の分解能／検出
感度の再現性を得るためには、開口径はナノメーターオ
ーダー以下のばらつきで再現性よく作製されなくてはな
らない。ところが、従来のフォトリソグラフィーを用い
た微小開口形成方法においては、加工装置の精度の限界
から、１００ｎｍ程度の直径の開口が限界で、それ以下
の開口径を持つ微小開口を作製することが困難である。
したがって、ＳＮＯＭ装置としての分解能に限界を生じ
た。また、ＥＢ加工装置や、ＦＩＢ加工装置を用いれ
ば、１００ｎｍ以下の開口形成も原理的に可能である
が、位置合わせ制御も複雑で、ばらつきが生じ易く歩留
まりも低いという点に問題がある。また、従来のＳｉ単
結晶基板に対する異方性エッチングを用いた微小開口形
成方法においては、エッチングに用いるエッチング口の
大きさのばらつきや、エッチング速度のばらつきなどに
より、微小開口の開口径にばらつきが生じ易い。また、
このような平面状の基板にフォトリソグラフィーやエッ
チングにより微小開口を形成したプローブでは、観察や
加工を行う試料と近接させた時に、微小開口部以外の大
きな面積で試料と微小距離まで近接するため、試料側に
凹凸がある場合などにプローブと試料が不必要な箇所で
接触し、観察や加工に際して機械的なノイズの発生や試
料の破損が発生する危険がある。またこのような現象の
ために、プローブと試料を最近接させることが難しく、
より高い分解能を得ることが困難となる。

【０００５】そこで、本発明は、上記従来技術の有する
課題を解決し、１００ｎｍ以下の開口径を持つ微小開口
であっても、再現性良く微小開口を形成することがで
き、プローブと試料とが不必要な箇所で接触するのを低
減することができる光検出または照射用プローブとその
製造方法、及びこれらのプローブを備えた走査型プロー
ブ顕微鏡を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、光検出または照射用プローブとその製造
方法、及びこれらのプローブを備えた走査型プローブ顕
微鏡を、つぎのように構成したことを特徴とするもので
ある。すなわち、本発明のプローブは、遮光性部材に設
けられた微小開口より透光性薄膜が露出してなる光検出
または照射用プローブであって、前記微小開口より露出
する透光性薄膜によって遮光性部材の主面に対して凸状
となる突起部が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のプローブは、前記透光性薄膜が、前記遮
光性部材に設けられた凹部内壁に形成され、該透光性薄
膜が該凹部底部に形成された微小開口より露出している
ことを特徴としている。また、本発明のプローブは、前
記微小開口より露出する透光性薄膜の一部分が、該透光
性薄膜の側面であることを特徴としている。また、本発
明のプローブは、前記微小開口の周縁部より、庇状の遮
光性被覆部を設けたことを特徴としている。また、本発
明のプローブは、前記遮光性部材と前記透光性薄膜との
間に、遮光補助層が設けられていることを特徴としてい
る。また、本発明のプローブの製造方法は、遮光性部材
に設けられた微小開口より透光性薄膜を露出させて光検
出または照射用プローブを製造する方法であって、前記
遮光性部材と前記透光性薄膜を接合形成する工程と、前
記遮光性部材の一部を研磨除去することで該透光性薄膜
の一部が露出した微小開口を形成する工程と、を少なく
とも有することを特徴としている。また、本発明のプロ
ーブの製造方法は、前記遮光性部材が、前記透光性薄膜
よりも高い研磨加工速度を有することを特徴としてい
る。また、本発明のプローブの製造方法は、前記遮光性
部材に凹部を形成する工程を有し、遮光性部材の凹部内
壁に透光性薄膜を形成し、遮光性部材の凹部が形成され
た面の反対面より遮光性部材の研磨除去を行い、前記微
小開口を前記凹部の底部に形成することを特徴としてい
る。また、本発明のプローブの製造方法は、前記凹部の
形成方法が、シリコン単結晶の異方性エッチングによる
ものであることを特徴としている。また、本発明のプロ
ーブの製造方法は、前記微小開口の形成後に、前記遮光
性部材の凹部が形成された面の反対面に遮光性の薄膜を
選択的に堆積することにより、前記微小開口の周縁部よ
り庇状の遮光性被覆部を形成することを特徴としてい
る。また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記した
本発明のいずれかに記載の光検出または照射用プロー
ブ、または上記した本発明のいずれかに記載の製造方法
による光検出または照射用プローブを備えたことを特徴
としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、上記した構成により、
１００ｎｍ以下の開口径を持つ微小開口であっても、再
現性良く微小開口を形成することができ、プローブと試
料とが不必要な箇所で接触するのを低減することができ
る光検出または照射用プローブとその製造方法を実現す
ることができる。また、本発明の光検出または照射用プ
ローブを備えた走査型プローブ顕微鏡により、機械的な
ノイズの発生や試料の破損を伴わずに観察や加工を行う
ことができるとともに高い分解能を得ることができる。
本発明の光検出または照射用プローブの実施の形態の一
例を図１に示す。図１は微小開口近傍の拡大図であり、
１は遮光性部材、２は透光性薄膜、３は微小開口、４は
遮光性部材の主面、５は突起部である。本発明は、遮光
性部材に設けられた微小開口より透光性薄膜が露出して
なる光検出または照射用プローブであって、遮光性部材
の主面に対して透光性薄膜が凸状となる突起部を有す
る。このようにすることにより、観察や加工を行う試料
と近接させた時に、突起部以外の箇所は少なくとも突起
部の高さ分以上相対的に試料より離れるため、試料側に
凹凸がある場合などにおいてもプローブと試料が不必要
な箇所で接触することを低減できる。すなわち、本発明
の光検出または照射用プローブを備えた走査型プローブ
顕微鏡では、観察や加工に際してプローブと試料との不
必要な接触に伴う機械的なノイズの発生や試料の破損を
低減することができる。さらに、突起部がない場合と比
較して、突起部先端をより試料面に近づけることがで
き、本発明の光検出または照射用プローブを備えた走査
型プローブ顕微鏡では、より高い分解能を得ることもで
きる。

【０００８】このような本発明の光検出または照射用プ
ローブは、遮光性部材と透光性薄膜を接合形成する工程
と、前記遮光性部材の一部を研磨除去することで該透光
性薄膜の一部を露出した微小開口を形成する工程を有す
る製造方法により製造することができる。遮光性部材及
び透光性薄膜は、いずれも光検出または照射を行う際に
十分な遮光性／透光性を持つ材料であれば用いることが
出来るが、前記遮光性部材の一部を研磨除去することで
該透光性薄膜の一部を露出した微小開口を形成する工程
において、遮光性部材が透光性薄膜よりも高い研磨加工
速度を有する材料及び研磨方法の組み合わせとする。好
ましい例としては、遮光性部材としてはシリコン、透光
性薄膜としてはシリコン酸化物が挙げられ、このような
材料の組み合わせで、研磨方法として例えばアミン水溶
液と平板上に固定したポリシングクロスを用いたポリシ
ングを用いると、遮光性部材を透光性部材に対して１０
⁴倍以上の速度で研磨加工することが可能である。この
ようにすることで、遮光性部材側から研磨を行い一部を
研磨除去して行くと、研磨が進行し透光性薄膜の一部が
研磨面に露出した時点で、透光性薄膜は加工速度が小さ
いために研磨の進行が停止し、微小開口が形成される。

【０００９】このようにして微小開口を形成することに
より、加工速度の違いから、透光性薄膜が研磨面に露出
した際にポリシングクロスが遮光性部材側にやや入り込
むために、過剰に遮光性部材がポリシングされ、露出す
る透光性薄膜に対して遮光性部材の面はやや凹状とな
る。すなわちこのようにすることで、微小開口部におい
て、遮光性部材の主面に対して透光性薄膜が凸状となる
突起部を形成することができる。また、このようにして
微小開口を形成することにより、研磨が進行し透光性薄
膜の一部が研磨面に露出した時点で研磨の進行は停止す
るため、微小開口が形成された後には研磨は進行せず、
微小開口を再現性良く形成することができる。また、こ
のような微小開口が形成されたことを検知して、研磨作
業を停止しても構わない。さらには、研磨除去すべき遮
光性部材の厚さをあらかじめ測定し、当該厚さ分の研磨
が進行した時点で研磨作業を停止するようにしても構わ
ない。

【００１０】本発明の光検出または照射用プローブの好
ましい実施態様としては、前記遮光性部材が凹部を有
し、前記透光性薄膜が凹部内壁に、前記微小開口が前記
凹部の底部にそれぞれ形成されてなるものがある。この
ようなプローブの製造方法としては、前記遮光性部材に
凹部を形成する工程を有し、遮光性部材の凹部内壁に透
光性薄膜を形成し、遮光性部材の凹部と反対面より遮光
性部材の研磨除去を行い、前記微小開口を前記凹部の底
部に形成する。このようにすることで、平面的な研磨に
より透光性薄膜を露出する事ができ、微小開口の形成を
容易に行うことができる。このような凹部を形成する方
法の好ましい例としては、遮光性部材としてシリコン単
結晶を用い、シリコン単結晶の異方性エッチングによる
ものがある。異方性エッチングの方法としては、窒化シ
リコンなどのマスク層をシリコン単結晶基平板上に形成
し、さらにエッチング口を形成した後、エッチング液と
してＫＯＨ水溶液、あるいはＴＭＡＨ（テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド）水溶液などを用いてエッチン
グ口よりエッチングを行うものである。このようにする
ことで、逆ピラミッド型に凹部を形成でき、凹部の底部
を尖った形状とすることが出来る。このため、遮光性部
材の凹部と反対面より研磨を行うことで、尖った形状の
凹部の底部に形成した透光性薄膜を露出することがで
き、１００ｎｍ以下の小さな開口径を持つ微小開口を容
易に形成できる。

【００１１】また、本発明の光検出または照射用プロー
ブの別の好ましい実施態様としては、前記透光性薄膜に
おいて前記微小開口より露出する一部分が、前記透光性
薄膜の側面とすることがある。現在の薄膜形成技術によ
れば、ごく一般的に用いられる方法によっても薄膜の膜
厚制御をほぼ１原子層単位で行うことができ、これによ
り薄膜側面の寸法はその厚さ方向において１ｎｍ以下の
オーダーで精密に制御可能である。このため、より高い
精度で開口径を制御した微小開口の形成を行うことがで
きる。

【００１２】また本発明においては、前記微小開口の周
縁部より、庇状の遮光性被覆部を設けることもできる。
この方法としては、前記微小開口の形成後に、前記遮光
性部材上に遮光性の薄膜を選択的に堆積する。このよう
にすることで、遮光性の薄膜は膜厚方向だけでなく、微
小開口の方向に対してもわずかに成長するため、微小開
口の周縁部より庇状の遮光性被覆部を形成することがで
きる。また選択的な堆積を行うことにより、庇状の遮光
性被覆部以外の、微小開口に露出した透光性薄膜上には
膜の堆積を起こさず、透光性の劣化なく形成できる。こ
のようにすることで、微小開口の開口径をより小さくす
ることができ、より高分解能な光検出または照射用プロ
ーブを提供することができる。このような選択的な薄膜
堆積の方法としてはＣＶＤ法が好ましく用いられるが、
具体的な堆積条件などについては実施例中に詳述する。
また、前記遮光性部材に、遮光補助層を設けることで、
遮光性をより向上し、光の漏れを低減することもでき
る。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。［実施例１］図１に、実施例１の光検出または照射用プ
ローブを示す。図１は微小開口近傍の拡大図である。図
２に、本実施例の光検出または照射用プローブの製造方
法の工程図を示す。１は遮光性部材、２は透光性薄膜、
３は微小開口、４は遮光性部材の主面、５は突起部、６
は基板、７は第１のマスク層、８は第２のマスク層、９
はエッチング口、１０は凹部、１１は光導入口である。
本実施例の光検出または照射用プローブの製造方法につ
いて以下に述べる。まず、図２ａに示したように、基板
６上に第１のマスク層７及び第２のマスク層８を形成し
た後、第１のマスク層７にエッチング口９を形成した。
基板１としては、シリコン単結晶基板を用い、面方位
（１００）、厚さ３００μｍ、両面研磨のものを用い
た。第１のマスク層７及び第２のマスク層８は、プラズ
マＣＶＤ法により窒化シリコンを３００ｎｍ堆積して形
成した。エッチング口９はフォトリソグラフィーにより
第１のマスク層７の一部を除去して形成し、形状は２５
０μｍ×２５０μｍの正方形とした。また、このような
エッチング口９は、基板６上に１平方センチあたり１０
０個の密度で形成した。

【００１４】続いて図２ｂに示したように、エッチング
口９より基板６を異方性エッチングして、凹部１０を形
成した。異方性エッチングはＫＯＨ水溶液を用いて行
い、深さ約１７０μｍの逆ピラミッド型の凹部１０を形
成した。このようにして遮光性部材１を形成した。続い
て図２ｃに示したように、凹部１０内部に透光性薄膜２
を形成した。透光性薄膜２は、酸素及び水素雰囲気中で
１０００℃に加熱して凹部１０内壁の露出したシリコン
面を熱酸化し、透明なシリコン酸化物とすることで形成
した。透光性薄膜７の膜厚は５００ｎｍとした。続いて
図２ｄに示したように、第２のマスク層８を除去した。
この除去工程はＣＦ₄ガスを用いたドライエッチングに
より行った。

【００１５】最後に、図２ｅに示したように、遮光性部
材１の凹部１０と反対面（図中下面側）より遮光性部材
１である基板６の一部を研磨除去し、透光性薄膜２の一
部を露出した微小開口３を形成した。本工程においては
研磨方法としては、シリコンの加工速度がシリコン酸化
物の加工速度に対して出来るだけ大きなものであればよ
く、アミン水溶液と平板上に固定したポリシングクロス
を用いたポリシングなどが好ましく用いられる。このよ
うにすることで、研磨が進行しシリコン酸化物である透
光性薄膜２が研磨面に露出すると、シリコン酸化物は加
工速度が小さいために研磨の進行が停止し、微小開口３
が形成された。また、この際、このような微小開口が形
成されたことを検知して、研磨作業を停止しても構わな
い。さらには、研磨除去すべき遮光性部材の厚さをあら
かじめ測定し、当該厚さ分の研磨が進行した時点で研磨
作業を中止するようにしても構わない。

【００１６】図１に、このようにして形成した微小開口
３近傍を拡大した模式図を示す。ポリシングクロスを用
いた加工の場合、微小開口３が形成されてシリコン酸化
物である透光性薄膜２が研磨面に露出した際にポリシン
グクロスが遮光部材１であるシリコンの側にやや入り込
むために過剰にシリコン面がポリシングされ、露出した
透光性薄膜２に対して遮光性部材１の主面はやや凹状に
なった。すなわちこのようにすることで、微小開口部に
おいて、遮光性部材１の主面４に対して透光性薄膜２が
凸状となる突起部５を形成することができた。このよう
にして形成した光検出または照射用プローブにおいて、
微小開口３は、開口径が３０ｎｍであった。また開口径
のばらつきは１枚の基板内、及び複数回の作製を行った
場合も含めて、±２ｎｍ程度であった。また突起部５
は、高さ約１０ｎｍの球面状となった。

【００１７】図８に、本実施例の光検出または照射用プ
ローブを備えた走査型プローブ顕微鏡の構成図を示す。
１は遮光性部材、２は透光性薄膜、３は微小開口、４は
遮光性部材の主面、５は突起部、１１は光導入口、１６
は試料、１７は駆動機構、１８はステージ、１９は光源
及び光検出器、２０は導入光、２１は制御用コンピュー
タである。すなわち、本実施例の光検出または照射用プ
ローブと、光導入口１１に対して導入光２０を導入する
とともに試料１６からの光を検知する光源及び光検出器
１９と、ステージ１８上に固定した試料１６とプローブ
とを相対的にＸＹＺ位置制御する駆動機構１７と、これ
らを制御する制御用コンピュータ２１とを有する。な
お、図に示したように試料１６表面には、数ｎｍ程度の
凹凸が存在する。

【００１８】本実施例の走査型プローブ顕微鏡による観
察について以下に述べる。まず、駆動機構１７を用いて
ステージ１８上に固定した試料１６表面とプローブに設
けた突起部５の先端とを数ｎｍ以下に近接させる。続い
て光源及び光検出器１９により、プローブの光導入口１
１に対して導入光２０を導入して微小開口３より試料表
面に光を照射するとともに、試料１６からの光を検知す
る。さらに、駆動機構１７を用いてプローブと試料とを
近接させた状態で距離制御しながら、相対的に走査す
る。このようにすることで試料表面の状態を観察するこ
とができる。さらに、試料と微小開口より照射する光の
相互作用によって試料表面の加工を行うこともできる。

【００１９】本実施例の走査型プローブ顕微鏡において
上記の観察や加工を行ったところ、試料側に凹凸がある
にもかかわらず、プローブと試料が遮光性部材などの不
必要な箇所で接触することが低減でき、機械的なノイズ
の発生や試料の破損を伴わずに観察や加工を行うことが
できた。さらに、突起部先端をより試料面に近づけるこ
とができ、高い分解能を得ることができた。以上本実施
例によれば、１００ｎｍ以下の開口径を持つ微小開口を
再現性良く形成し、遮光性部材の主面に対して微小開口
より露出する透光性薄膜が凸状となる突起部を有する光
検出または照射用プローブを作製し、試料との不必要な
接触を低減した光検出または照射用プローブ、及びその
製造方法を提供することができた。

【００２０】［実施例２］実施例２においては、透光性
薄膜において前記微小開口より露出する一部分を、前記
透光性薄膜の側面とし、より高い精度で開口径を制御し
た微小開口を形成した。図３に、本実施例の光検出また
は照射用プローブを示す。図３は微小開口近傍の拡大図
である。図４に、本実施例の光検出または照射用プロー
ブの製造方法の工程図を示す。１は遮光性部材、２は透
光性薄膜、３は微小開口、４は遮光性部材の主面、５は
突起部、６は基板、１１は光導入口、１２は遮光性薄膜
である。なお図４においては、各工程における斜視図
と、図４ａに破線で示したＸ−Ｘ’面における断面図を
それぞれ示した。

【００２１】本実施例の光検出または照射用プローブの
製造方法について以下に述べる。まず、図４ａに示した
ように、基板６両面に透光性薄膜２を形成した後、斜視
図に示したような形状に加工した。基板６としてはシリ
コン単結晶基板を用い、面方位（１００）、厚さ３００
μｍ、両面研磨のものを用いた。また、透光性薄膜２
は、酸素及び水素雰囲気中で１０００℃に加熱して露出
したシリコン面を熱酸化し、透明なシリコン酸化物とす
ることで形成した。透光性薄膜２の膜厚は３０ｎｍとし
た。さらに、ダイシングソーを用いて斜視図に示したよ
うな形状に切断加工した後、側面を研磨して鏡面化し
た。続いて図４ｂに示したように、基板６及び透光性薄
膜２上を覆う形に、遮光性薄膜１２を堆積した。遮光性
薄膜１２としては、シリコンをスパッタ法で堆積したも
のを用い、膜厚は５００ｎｍとした。遮光性薄膜１２
は、透光性薄膜２の上面及び側面、基板６の側面に形成
した。本実施例においては、基板６及び遮光性薄膜１２
が遮光性部材１となる。

【００２２】続いて図４ｃに示したように、図中左面側
より、遮光性部材である遮光性薄膜１２を研磨除去し、
透光性薄膜２の側面の一部を露出した微小開口３を形成
した。本工程においては研磨方法としては、シリコンの
加工速度がシリコン酸化物の加工速度に対して出来るだ
け大きなものであればよく、アミン水溶液と平板上に固
定したポリシングクロスを用いたポリシングなどが好ま
しく用いられる。このようにすることで、研磨が進行し
シリコン酸化物である透光性薄膜２が研磨面に露出する
と、シリコン酸化物は加工速度が小さいために研磨の進
行が停止し、微小開口３が形成された。また、この際、
このような微小開口が形成されたことを検知して、研磨
作業を停止しても構わない。さらには、研磨除去すべき
遮光性部材の厚さをあらかじめ測定し、当該厚さ分の研
磨が進行した時点で研磨作業を停止するようにしても構
わない。最後に図４ｄに示したように、遮光性薄膜１２
の一部を除去して透光性薄膜を露出させ、光導入口１１
を形成した。

【００２３】図３に、このようにして形成した微小開口
３近傍を拡大した模式図を示す。ポリシングクロスを用
いた加工の場合、微小開口３が形成されてシリコン酸化
物である透光性薄膜２が研磨面に露出した際にポリシン
グクロスが遮光部材１であるシリコンの側にやや入り込
むために過剰にシリコン面がポリシングされ、露出した
透光性薄膜２に対して遮光性部材１の主面はやや凹状に
なった。すなわちこのようにすることで、微小開口部に
おいて、遮光性部材１の主面４に対して透光性薄膜２が
凸状となる突起部５を形成することができた。このよう
にして形成した光検出または照射用プローブにおいて、
微小開口３は、開口径が３０ｎｍであった。また開口径
のばらつきは、複数回の作製を行った場合も±２ｎｍ程
度で、特に透光性薄膜の膜厚方向に対しては±１ｎｍ以
下であった。また突起部５は、高さ約１０ｎｍの球面状
となった。

【００２４】また、実施例１と同様にして、本実施例の
光検出または照射用プローブを備えた走査型プローブ顕
微鏡によって、試料表面の観察や加工を良好に行うこと
もできた。以上本実施例によれば、１００ｎｍ以下の開
口径を持つ微小開口を再現性良く形成し、遮光性部材の
主面に対して微小開口より露出する透光性薄膜が凸状と
なる突起部を有する光検出または照射用プローブを作製
し、試料との不必要な接触を低減した光検出または照射
用プローブ、及びその製造方法を提供することができ
た。さらに本実施例によれば、特に透光性薄膜の膜厚方
向に対してより高い精度で開口径を制御した微小開口の
形成を行うことができた。また、実施例１と同様にし
て、本実施例の光検出または照射用プローブを備えた走
査型プローブ顕微鏡によって、試料表面の観察や加工を
良好に行うこともできた。

【００２５】［実施例３］実施例３においては、微小開
口の形成後に、遮光性部材上に遮光性の薄膜を選択的に
堆積することで、遮光性部材上から、微小開口の周縁部
に庇状に遮光性の被覆部を形成した。図５に、本実施例
の光検出または照射用プローブにおける製造方法の工程
図を示す。図５において、１は遮光性部材、２は透光性
薄膜、３は微小開口、４は遮光性部材の主面、５は突起
部、１３は遮光性の薄膜、１４は庇状の遮光性被覆部で
ある。なお、図５は微小開口近傍の拡大図である。

【００２６】本実施例の光検出または照射用プローブの
製造方法について以下に述べる。まず、図５ａに示した
ように、実施例１の方法によって微小開口３を形成し
た。この微小開口の径は３０ｎｍであった。このように
して形成した微小開口では、実施例１の項で述べたよう
に、遮光性部材１の主面４に対して透光性薄膜２が凸状
となる突起部５を有する。また、微小開口３は、開口径
が３０ｎｍであった。また突起部５は、高さ約１０ｎｍ
の球面状となった。さらに、図５ｂに示したように、前
記微小開口３の形成後に、遮光性部材１上に遮光性の薄
膜１３を選択的に堆積した。このようにして薄膜を堆積
することで、遮光性部材１上から、微小開口３の周縁部
に遮光性の庇状の遮光性被覆部１４を形成した。

【００２７】この工程においては、シリコン酸化物から
なる透光性薄膜２に対してシリコンからなる遮光性部材
１に選択的に遮光性を持つ薄膜を形成する方法が用いら
れ、本実施例では、ＣＶＤ法によるシリコン薄膜の堆積
を行った。まず、シリコンからなる遮光性部材１表面を
ウエットクリーニングにより充分に清浄化した。さらに
ＳｉＨ₄＋Ｈ₂系の反応ガスを用いた熱ＣＶＤ法によりシ
リコン薄膜の堆積を行った。その際、反応ガスの全圧は
９Ｐａ、ＳｉＨ₄ガス分圧は０．１５Ｐａ、反応温度は
７００℃、堆積時間は３分間とした。また、遮光性部材
１の表面の清浄性を損なわないように、ＣＶＤ装置への
搬入に際しては充分な減圧を行った。このようにして図
５ｂに示したように、シリコンからなる遮光性部材１上
に選択的にシリコンよりなる遮光性の薄膜１３を形成で
きた。遮光性の薄膜１３の膜厚は２０ｎｍであった。ま
たこの遮光性の薄膜１３は、図５ｂに示したように微小
開口３の方向に対して約１０ｎｍ成長し、庇状の遮光性
被覆部１４が形成され、開口径をより小さくすることが
できた。なお、この際、上記の庇状に成長した部分以外
はシリコン酸化物からなる透光性薄膜２の表面にはまっ
たく膜の堆積は見られず、透光性の劣化はなかった。こ
のようにして形成した光検出または照射用プローブにお
いて、微小開口３は、開口径が１０ｎｍであった。また
開口径のばらつきは１枚の基板内、及び複数回の作製を
行った場合も含めて、±２ｎｍ程度であった。

【００２８】また、実施例１と同様にして、本実施例の
光検出または照射用プローブを備えた走査型プローブ顕
微鏡によって、試料表面の観察や加工を良好に行うこと
もできた。以上本実施例によれば、１００ｎｍ以下の開
口径を持つ微小開口を再現性良く形成し、遮光性部材の
主面に対して微小開口より露出する透光性薄膜が凸状と
なる突起部を有する光検出または照射用プローブを作製
し、試料との不必要な接触を低減した光検出または照射
用プローブ、及びその製造方法を提供することができ
た。さらに本実施例によれば、微小開口の開口径をより
小さくすることができ、より高分解能な光検出または照
射用プローブを提供することができた。

【００２９】［実施例４］実施例４においては、遮光性
部材に、遮光補助層を設けることで、遮光性をより向上
させ、光の漏れを低減するようにした。図６に、本実施
例の光検出または照射用プローブを示す。図６は微小開
口近傍の拡大図である。図７に、本実施例の光検出また
は照射用プローブの製造方法の工程図を示す。１は遮光
性部材、２は透光性薄膜、３は微小開口、４は遮光性部
材の主面、５は突起部、６は基板、７は第１のマスク
層、８は第２のマスク層、９はエッチング口、１０は凹
部、１１は光導入口、１５は遮光補助層である。

【００３０】本実施例の光検出または照射用プローブの
製造方法について以下に述べる。まず、図７ａに示した
ように、基板６上に第１のマスク層７及び第２のマスク
層８を形成した後、第１のマスク層７にエッチング口９
を形成した。基板１としては、シリコン単結晶基板を用
い、面方位（１００）、厚さ３００μｍ、両面研磨のも
のを用いた。第１のマスク層７及び第２のマスク層８
は、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを３００ｎｍ
堆積して形成した。エッチング口９はフォトリソグラフ
ィーにより第１のマスク層７の一部を除去して形成し、
形状は２５０μｍ×２５０μｍの正方形とした。また、
このようなエッチング口９は、基板６上に１平方センチ
あたり１００個の密度で形成した。

【００３１】続いて図７ｂに示したように、エッチング
口９より基板６を異方性エッチングして、凹部１０を形
成した。異方性エッチングはＫＯＨ水溶液を用いて行
い、深さ約１７０μｍの逆ピラミッド型の凹部１０を形
成した。このようにして遮光性部材１を形成した。続い
て図７ｃに示したように、凹部１０内部に遮光補助層１
５を形成した。遮光補助層５としては、後述する研磨工
程において遮光性部材と同時に容易に除去可能なものが
好ましく、たとえば金などのやわらかな金属が用いられ
る。本実施例では、スパッタ法により金を１０ｎｍ堆積
した。続いて図７ｄに示したように、凹部１０内部に透
光性薄膜２を形成した。透光性薄膜２は、スパッタ法に
より透明なシリコン酸化物を堆積して形成した。透光性
薄膜７の膜厚は５００ｎｍとした。続いて図７ｅに示し
たように、第２のマスク層８を除去した。この除去工程
はＣＦ₄ガスを用いたドライエッチングにより行った。
最後に、図７ｆに示したように、遮光性部材１の凹部１
０と反対面（図中下面側）より遮光性部材１である基板
６の一部を研磨除去し、透光性薄膜２の一部を露出した
微小開口３を形成した。本工程においては研磨方法とし
ては、実施例１と同様の方法を用いた。また、この際、
微小開口３に露出した遮光補助層１５は研磨に際する機
械的な力により容易に除去された。

【００３２】図６に、このようにして形成した微小開口
３近傍を拡大した模式図を示す。本実施例においても実
施例１と同様に、露出した透光性薄膜２に対して遮光性
部材１の主面はやや凹状になった。すなわちこのように
することで、微小開口部において、遮光性部材１の主面
４に対して透光性薄膜２が凸状となる突起部５を形成す
ることができた。このようにして形成した光検出または
照射用プローブにおいて、微小開口３は、開口径が１０
ｎｍであった。また開口径のばらつきは１枚の基板内、
及び複数回の作製を行った場合も含めて、±２ｎｍ程度
であった。また突起部５は、高さ約１０ｎｍの球面状と
なった。

【００３３】また、実施例１と同様にして、本実施例の
光検出または照射用プローブを備えた走査型プローブ顕
微鏡によって、試料表面の観察や加工を良好に行うこと
もできた。以上本実施例によれば、１００ｎｍ以下の開
口径を持つ微小開口を再現性良く形成し、遮光性部材の
主面に対して微小開口より露出する透光性薄膜が凸状と
なる突起部を有する光検出または照射用プローブを作製
し、試料との不必要な接触を低減した光検出または照射
用プローブ、及びその製造方法を提供することができ
た。さらに本実施例によれば、遮光性部材に遮光補助層
を設けることで、遮光性をより向上し、光の漏れを低減
することができた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１００ｎｍ以下の開口径を持つ微小開口であっても、再
現性良く微小開口を形成することができ、プローブと試
料とが不必要な箇所で接触するのを低減することができ
る光検出または照射用プローブ及びその製造方法を実現
することができる。また、本発明の光検出または照射用
プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡により、機械的
なノイズの発生や試料の破損を伴わずに観察や加工を行
うことができ、より高い分解能を得ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の光検出または照射用プローブ。

【図２】実施例１の光検出または照射用プローブの製造
方法。

【図３】実施例２の光検出または照射用プローブ。

【図４】実施例２の光検出または照射用プローブの製造
方法。

【図５】実施例３の光検出または照射用プローブにおけ
る製造方法の工程図。

【図６】実施例４の光検出または照射用プローブ。

【図７】実施例４の光検出または照射用プローブの製造
方法。

【図８】本発明の光検出または照射用プローブを備えた
走査型プローブ顕微鏡。

【符号の説明】

１：遮光性部材２：透光性薄膜３：微小開口４：遮光性部材の主面５：突起部６：基板７：第１のマスク層８：第２のマスク層９：エッチング口１０：凹部１１：光導入口１２：遮光性薄膜１３：遮光性の薄膜１４：庇状の遮光性被覆部１５：遮光補助層１６：試料１７：駆動機構１８：ステージ１９：光源及び光検出器２０：導入光２１：制御用コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遮光性部材に設けられた微小開口より透光
性薄膜が露出してなる光検出または照射用プローブであ
って、前記微小開口より露出する透光性薄膜によって遮
光性部材の主面に対して凸状となる突起部が形成されて
いることを特徴とする光検出または照射用プローブ。
【請求項２】前記透光性薄膜が、前記遮光性部材に設け
られた凹部内壁に形成され、該透光性薄膜が該凹部底部
に形成された微小開口より露出していることを特徴とす
る請求項１に記載の光検出または照射用プローブ。
【請求項３】前記微小開口より露出する透光性薄膜の一
部分が、該透光性薄膜の側面であることを特徴とする請
求項１に記載の光検出または照射用プローブ。
【請求項４】前記微小開口の周縁部より、庇状の遮光性
被覆部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の光検出または照射用プローブ。
【請求項５】前記遮光性部材と前記透光性薄膜との間
に、遮光補助層が設けられていることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の光検出または照射用プロー
ブ。
【請求項６】遮光性部材に設けられた微小開口より透光
性薄膜を露出させて光検出または照射用プローブを製造
する方法であって、前記遮光性部材と前記透光性薄膜を接合形成する工程
と、前記遮光性部材の一部を研磨除去することで該透光性薄
膜の一部が露出した微小開口を形成する工程と、を少なくとも有することを特徴とする光検出または照射
用プローブの製造方法。
【請求項７】前記遮光性部材が、前記透光性薄膜よりも
高い研磨加工速度を有することを特徴とする請求項６に
記載の光検出または照射用プローブの製造方法。
【請求項８】前記遮光性部材に凹部を形成する工程を有
し、遮光性部材の凹部内壁に透光性薄膜を形成し、遮光
性部材の凹部が形成された面の反対面より遮光性部材の
研磨除去を行い、前記微小開口を前記凹部の底部に形成
することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の
光検出または照射用プローブの製造方法。
【請求項９】前記凹部の形成方法が、シリコン単結晶の
異方性エッチングによるものであることを特徴とする請
求項８に記載の光検出または照射用プローブの製造方
法。
【請求項１０】前記微小開口の形成後に、前記遮光性部
材の凹部が形成された面の反対面に遮光性の薄膜を選択
的に堆積することにより、前記微小開口の周縁部より庇
状の遮光性被覆部を形成することを特徴とする請求項８
または請求項９に記載の光検出または照射用プローブの
製造方法。
【請求項１１】走査型プローブ顕微鏡において、請求項
１から請求項５のいずれか１項に記載の光検出または照
射用プローブ、または請求項６から請求項１０のいずれ
か１項に記載の製造方法による光検出または照射用プロ
ーブを備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。