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図面 (7)

課題

本発明は、再現性良く開口を形成すると共に、走査時に開口の変化が生じないようにした近接場プローブ及びその作成方法を提供する。

解決手段

本発明の一態様によると、近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられる、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブが提供される。

概要

背景

周知のように、走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、プローブ探針)を試料表面に近接させた時に、両者に働く相互作用を検出しながら、プロープを試料表面に沿って走査して、その相互作用の2次元マッピングを行う装置である。

そして、このようなSPMは、例えば、走査型トンネル顕微鏡STM)、原子間力顕微鏡AFM)、磁気間力顕微鏡MFM)、走査型近接場顕微鏡(SNOM)に代表される。

これらのうち、なかでも、SNOMは、特に、1980年代後半以降、エバネッセント場を検出することにより、回折限界を超える分解能を有する光学顕微鏡として、生体試料蛍光測定や、フォトニクス材料、素子の評価(誘電体光導波路種特性評価、半導体量子ドット発光スペクトルの測定、半導体面発光素子の諸特性の評価など)への応用を目指して盛んに開発が進められている。

このSNOMは、基本的には試料に光を照射した状態で鋭い探針を試料に近づけ、試料の近傍の光の場(近接場)を検出する装置である。

1993年12月21日付けでBetzig等に付与された米国特許第5,272,330号には、先端が細く加工されたプローブに光を導入することにより、プローブ先端微小開口にエバネッセント場を発生させ、エバネッセント場を試料に接触させ、エバネッセント場と試料の接触により発生した光を、試料の下に配置された光検出器で検出し、透過光強度の2次元マッピングを行うSNOMが開示されている。

一方、SNOMを用いた近接場記録実験は、上述のBezig等によって、初めて行われている。

この実験は、光磁気記録媒体の一つであるPt/Co多層膜を用い、磁区の書き込みは前述のSNOMプローブパルス光入射することによる局所加熱によつて行い、書き込んだ磁区の読み出しは、プローブに偏光を入射し、試料裏面からの透過光の偏光面角度変化によって行われていた。

この方法により、上述のBezig等は、直径60nmの磁区の書き込み、読み出しに成功している(Appl.Phys.Lett.61,142,(1992))。

また、相変化媒体を用いた光記録の実験も、保等によって行われ、直径60nmの相変化記録の書き込み、読み出しに成功している(Jpn.J.Appl.Phys.35,443(1996))。

ところで、SNOMを用いた記録方法では、転送レートが低く、記録領域も狭いという問題がある。

大津等は、近接場プローブアレイ状に並べたプローブアレイにより、この課題を克服しようとしている(ISOM ´98 Th−O−02)。

等は、SNOM用ファイバープローブを加工したスライダ搭載型光ヘッドを作成し、回転型記録装置を開示し、この課題を克服しようとしている(NFO-5予稿集P.480)。

上記のSNOMや近接場記録においては、開口のついたプローブが広く用いられている。

このプローブの先端部は、光ファイバーを加熱して引っ張ることにより、その先端を所望の形状に細く加工されている。

その後、プローブを回転させながら斜め後方から金属を蒸着すると、プローブ先端に金属がコートされないため、先端以外が金属で覆われる。

この時、金属の被覆されていない部分及びその近傍の金属被膜の薄い部分が開口となる。

現在、プローブの形状を最適化する研究も多くなされているが、高分解能のSNOM像を得るためには、プローブ先端の開口が小さと共に、近接場光を効率よく伝搬光に変換可能なプローブ形状であることが望ましい。

また、高速で光記録を行うためには、開口における光強度が強いプローブ形状であることが望ましい。

物部等は、光ファイバーを2段階で選択化学エッチングして先鋭化し、上記の条件を満足するプローブを開発している(IEEE Photonics TechnologyLett.10,99(1998))。

なお、Van Hulst等は、全体を金属コートしたプローブを用いて、先端部の一部をイオン切削し、20nmの開口を作製している(Appl.Phys.Lett.72,3115(1998))。

概要

本発明は、再現性良く開口を形成すると共に、走査時に開口の変化が生じないようにした近接場プローブ及びその作成方法を提供する。

本発明の一態様によると、近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられる、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブが提供される。

目的

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、上述のような従来技術の問題を解決し、再現性良く開口を形成すると共に、走査時に開口の変化が生じないようにした近接場プローブ及びその作成方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
0件

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請求項1

近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられる、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブ

請求項2

近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブであり、上記プローブの先端及び側面は、銀、銅、プラチナパラジウムより成る第1の群と、セレンテルルヒ素より成る第2の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質でコートされており、上記コートは、上記第1の群及び第2の群のうち、いずれか他方の群より選択された物質と接触させることにより、固相拡散によつて形成した開口を先端部に有することを特徴とする近接場プローブ。

請求項3

近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブの先端に開口を形成して、プローブを作成する方法であり、上記プローブの先端及び側面に、金属または半金属をコートする工程と、上記コートが施されたプローブの先端を上記コートとは異なる金属または半金属と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、を含むことを特徴とする近接場プローブ作成方法

技術分野

0001

本発明は近接場プローブ及び近接場プローブ作成方法係り、特に、近接場顕微鏡並びに近接場光記録装置に用いられる近接場プローブ及び近接場プローブの作成方法に関するものである。

背景技術

0002

周知のように、走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、プローブ探針)を試料表面に近接させた時に、両者に働く相互作用を検出しながら、プロープを試料表面に沿って走査して、その相互作用の2次元マッピングを行う装置である。

0003

そして、このようなSPMは、例えば、走査型トンネル顕微鏡STM)、原子間力顕微鏡AFM)、磁気間力顕微鏡MFM)、走査型近接場顕微鏡(SNOM)に代表される。

0004

これらのうち、なかでも、SNOMは、特に、1980年代後半以降、エバネッセント場を検出することにより、回折限界を超える分解能を有する光学顕微鏡として、生体試料蛍光測定や、フォトニクス材料、素子の評価(誘電体光導波路種特性評価、半導体量子ドット発光スペクトルの測定、半導体面発光素子の諸特性の評価など)への応用を目指して盛んに開発が進められている。

0005

このSNOMは、基本的には試料に光を照射した状態で鋭い探針を試料に近づけ、試料の近傍の光の場(近接場)を検出する装置である。

0006

1993年12月21日付けでBetzig等に付与された米国特許第5,272,330号には、先端が細く加工されたプローブに光を導入することにより、プローブ先端微小開口にエバネッセント場を発生させ、エバネッセント場を試料に接触させ、エバネッセント場と試料の接触により発生した光を、試料の下に配置された光検出器で検出し、透過光強度の2次元マッピングを行うSNOMが開示されている。

0007

一方、SNOMを用いた近接場記録実験は、上述のBezig等によって、初めて行われている。

0008

この実験は、光磁気記録媒体の一つであるPt/Co多層膜を用い、磁区の書き込みは前述のSNOMプローブパルス光入射することによる局所加熱によつて行い、書き込んだ磁区の読み出しは、プローブに偏光を入射し、試料裏面からの透過光の偏光面角度変化によって行われていた。

0009

この方法により、上述のBezig等は、直径60nmの磁区の書き込み、読み出しに成功している(Appl.Phys.Lett.61,142,(1992))。

0010

また、相変化媒体を用いた光記録の実験も、保等によって行われ、直径60nmの相変化記録の書き込み、読み出しに成功している(Jpn.J.Appl.Phys.35,443(1996))。

0011

ところで、SNOMを用いた記録方法では、転送レートが低く、記録領域も狭いという問題がある。

0012

大津等は、近接場プローブをアレイ状に並べたプローブアレイにより、この課題を克服しようとしている(ISOM ´98 Th−O−02)。

0013

等は、SNOM用ファイバープローブを加工したスライダ搭載型光ヘッドを作成し、回転型記録装置を開示し、この課題を克服しようとしている(NFO-5予稿集P.480)。

0014

上記のSNOMや近接場記録においては、開口のついたプローブが広く用いられている。

0015

このプローブの先端部は、光ファイバーを加熱して引っ張ることにより、その先端を所望の形状に細く加工されている。

0016

その後、プローブを回転させながら斜め後方から金属を蒸着すると、プローブ先端に金属がコートされないため、先端以外が金属で覆われる。

0017

この時、金属の被覆されていない部分及びその近傍の金属被膜の薄い部分が開口となる。

0018

現在、プローブの形状を最適化する研究も多くなされているが、高分解能のSNOM像を得るためには、プローブ先端の開口が小さと共に、近接場光を効率よく伝搬光に変換可能なプローブ形状であることが望ましい。

0019

また、高速で光記録を行うためには、開口における光強度が強いプローブ形状であることが望ましい。

0020

物部等は、光ファイバーを2段階で選択化学エッチングして先鋭化し、上記の条件を満足するプローブを開発している(IEEE Photonics TechnologyLett.10,99(1998))。

0021

なお、Van Hulst等は、全体を金属コートしたプローブを用いて、先端部の一部をイオン切削し、20nmの開口を作製している(Appl.Phys.Lett.72,3115(1998))。

発明が解決しようとする課題

0022

しかしながら、以上の手法による従来の技術の近接場プローブには、以下のような問題点が残されている。

0023

先ず、プローブ先端部に、再現よく微小な開口を形成する方法が確立されていないということがある。

0024

上述した斜め蒸着により微小開口を作製する方法は、光ファイバー型のまっすぐなプローブの場合に限られてしまい、例えば、カンチレバー型のプローブの場合には困難である。

0025

また、イオン切削により先端部の金属を切り落とす方法では、開口径の大きさは制御できるが、加工が非常に難しい。

0026

また、先端部を固い物体押し付けて先端部の金属を除去する方法では、再現良く開口径を制御することが極めて困難であるうえ、開口径の小さいものが得られにくいという問題点がある。

0027

さらに、走査時にプローブと試料の接触により開口の形が崩れたり、開口に不純物接着し開口をつまらせるという問題点もある。

0028

このようなプローブの開口の変化は、プローブの開口近傍のエバネッセント場の変化を引き起こすために、信頼性のあるSNOM像が得られないという問題点がある。

0029

さらに、高速で走査すると、試料とプローブとの間で生じた粉塵が開口につまってしまうため、高速で走査することが必要不可欠な近接場記録には不向きである。

0030

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、上述のような従来技術の問題を解決し、再現性良く開口を形成すると共に、走査時に開口の変化が生じないようにした近接場プローブ及びその作成方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0031

本発明によると、上記課題を解決するために、(1)近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられる、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブが提供される。

0032

また、本発明によると、上記課題を解決するために、(2)近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブであり、上記プローブの先端及び側面は、銀、銅、プラチナパラジウムより成る第1の群と、セレンテルルヒ素より成る第2の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質でコートされており、上記コートは、上記第1の群及び第2の群のうち、いずれか他方の群より選択された物質と接触させることにより、固相拡散によつて形成した開口を先端部に有することを特徴とする近接場プローブが提供される。

0033

また、本発明によると、上記課題を解決するために、(3)近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブの先端に開口を形成して、プローブを作成する方法であり、上記プローブの先端及び側面に、金属または半金属をコートする工程と、上記コートが施されたプローブの先端を上記コートとは異なる金属または半金属と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、を含むことを特徴とする近接場プローブ作成方法が提供される。

発明を実施するための最良の形態

0034

下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

0035

図1は、本発明による近接場プローブの概略図である。

0036

図1に示すように、この近接場プローブでは、カンチレバ−1の探針2先端部分に微小開口3が設けられている。

0037

(実施の形態1)図2は、本発明の第1の実施の形態による上記近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。

0038

先ず、図2の(a)に示すように、シリコンプレーナープロセスを用いて、カンチレバ−1の探針2側面全体に、遮光コート4として、金属または半金属を成膜する。

0039

この遮光コート4としては、金属として銀、銅、プラチナ、パラジウム(Ag,Cu,Pt,Pd)より成る第1の群と、あるいは半金属としてセレン、テルル、ヒ素(Se,Te,As)より成る第2の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質を成膜する。

0040

次に、図2の(b)に示すように、探針2の先端に固体の金属または半金属の平板5を接触させて、室温で放置し、固層拡散反応させることにより、図1に示したようにカンチレバ−1の探針2先端部分に微小開口3が設けられる。

0041

ここで、平板5としては、具体的には、上述した金属として銀、銅、プラチナ、パラジウム(Ag,Cu,Pt,Pd)より成る第1の群と、あるいは半金属としてセレン、テルル、ヒ素(Se,Te,As)より成る第2の群のうち、いずれか他方の群より選択された物質を用いる。

0042

この反応により、探針2の先端部においてのみ、遮光コート4の透過率図3に示すように上昇する。

0043

(実施の形態2)図4は、本発明の第2の実施の形態による上記近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。

0044

先ず、実施の形態1と同様に、カンチレバ−1の探針2側面全体に、遮光コート4を施し(図2の(a)参照)た後、この探針2の先端部のみに、図4に示すように、金属または半金属の微粒子6を接着させて、室温で放置し反応させることにより、図1に示したようにカンチレバ−1の探針2の先端部分に微小開口3が設けられる。

0045

(実施の形態3)図5は、本発明の第3の実施の形態による上記近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。

0046

先ず、図5の(a)に示すように、プローブアレイ用平面板7に遮光コート4を施す。

0047

ここで、プローブアレイ用平面板7は、例えば、SiNといった光の透過率の高い物質が用いられる。

0048

次に、図5の(b)に示すように、金属または半金属が2次元的に等間隔に成膜してある平板8をプローブアレイ用平面板7に接触させた状態で、室温に放置して反応させることにより、接触部において、微小開口を備えたプローブアレイが形成される。

0049

なお、上述した実施の形態1及び2では、シリコンプレーナープロセスを用いて作製した近接場プローブについて説明したが、本発明はこれに限るものではない。

0050

例えば、図6に示すように、コア9とクラッド10からなる先端のった光ファイバー11の探針12側面全体に、遮光コート14として、金属または半金属を成膜し、その後、上述した実施の形態1,2と同様にして、光ファイバー(カンチレバ−)11の探針12先端部分に微小開口13が設けられるようにしても構わない。

0051

そして、上述したような実施の形態で示した本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至3以外にも、以下に付記1乃至付記10として示すような発明が含まれている。

0052

(付記1)近接場顕微鏡または近接場光記録装置に用いられるプローブの先端に開口を形成して、プローブを作成する方法であり、上記プローブの先端及び側面に、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第1の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第2の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質をコートする工程と、上記コートが施されたプローブの先端を、上記第1の群と、第2の群のうち他方の群より選択された物質と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、を含むことを特徴とする近接場プローブ作成方法。

0053

(付記2)近接場光記録装置に用いられる、金属または半金属でコートされたプローブアレイであり、上記コートは所定の位置において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とするプローブアレイ。

0054

(付記3)接場光記録装置に用いられるプローブアレイであり、上記プローブアレイは、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第1の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第2の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質でコートされており、上記コートは、上記第1の群と、第2の群のうち他方の群より選択された物質と接触させることにより、固相拡散によつて形成した開口を所定の位置に有することを特徴とするプローブアレイ。

0055

(付記4)近接場光記録装置に用いられるプローブアレイの所定の位置に開口を形成して、プローブアレイを作成する方法であり、上記プローブアレイに、金属または半金属をコートする工程と、上記プロープアレイコート面を、所定の位置において上記コートとは異なる金属または半金属と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、を含むことを特徴とするプローブアレイ作成方法。

0056

(付記5)近接場光記録装置に用いられるプローブアレイの所定の位置に開口を形成して、ブローブアレイを作成する方法であり、上記プローブアレイに、銀、銅、プラチナ、パラジウムより成る第1の群と、セレン、テルル、ヒ素より成る第2の群のうち、いずれか一方の群より選択された物質をコートする工程と、上記プローブアレイのコート面を、所定の位置において上記第1の群と、第2の群のうち他方の群より選択された物質と接触させ、固相拡散反応を起こす工程と、を含むことを特徴とするプローブアレイ作成方法。

0057

(付記6)近接場を利用する近接場顕微鏡装置及び近接場光記録装置において、先端の開口を金属または半金属の固相拡散によって作製することを特徴とする近接場プローブ。

0058

(付記7) 金属または半金属を近接場プローブに成膜した後、異なる金属または半金属に接触させ、前記プローブの先端にのみ固相拡散反応を生じせしめ、光学的な微小開口を作製することを特徴とする近接場プローブ作成方法。

0059

(付記8) 上記近接場プローブに成膜する金属または半金属としてAg,Cu,Pt,Pdより成る第1の群と、Se,Te,Asより成る第2の群のうち、いずれか一方の群より選択されたいずれかの物質単体あるいは、それらを一つ以上含む合金とし、上記接触させる異なる金属または半金属として上記第1の群と、第2の群のうち他方の群より選択されたいずれかの物質単体あるいは、それらを一つ以上含む合金としたことを特徴とする付記7記載の近接場プローブ作成方法。

0060

(付記9) Ag,Cu,Pt,Pd(またはSe,Te,As)の単体あるいは、それらを一つ以上含む合金を成膜した近接場プローブにSe,Te,As(またはAg,Cu,Pt,Pd)の単体あるいは、それらを一つ以上含む合金を接着させて微小開口を形成することを特徴とする近接場プローブ作成方法。

0061

(付記10) 金属または半金属を近接場光記録用平面プローブアレイに成膜した後、異なる金属または半金属を2次元的に等開隔で接触させて、前記プローブアレイに固相拡散反応を生じせしめることにより、微小開口を形成することを特徴とする近接場プローブ作成方法。

発明の効果

0062

従って、以上説明したように、本発明によれば、従来技術の問題を解決し、再現性良く開口を形成すると共に、走査時に開口の変化が生じないようにした近接場プローブ及びその作成方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0063

図1図1は、本発明による近接場プローブの一例を示す概略図である。
図2図2は、本発明の第1の実施の形態による近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
図3図3は、本発明の第1の実施の形態による近接場プローブの製造工程において、探針2の先端部でのみ、遮光コート4の透過率が上昇する過程を示す特性図である。
図4図4は、本発明の第2の実施の形態による近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
図5図5は、本発明の第3の実施の形態による近接場プローブの製造方法を示す概略的な工程図である。
図6図6は、本発明による近接場プローブの変形例を示す概略図である。

--

0064

1…カンチレバ−、
2…探針、
3…微小開口、
4…遮光コート、
5…平板、
6…微粒子、
7…プローブアレイ用平面板、
8…金属または半金属が2次元的に等間隔に成膜してある平板、
9…コア、
10…クラッド、
11…光ファイバー、
12…探針、
13…微小開口、
14…遮光コート。

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