JPH04291310A - 近距離場走査光学顕微鏡及びその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小さな開口、典型的に
は、１光学波長より小さな開口がサンプルの光学近距離
場内に、つまり、サンプルの概ね１光学波長以内に位置
され、この開口が時間変動光学信号を生成するためにこ
のサンプルの表面を通じてラスター状に走査され、この
時間変動光学信号が検出及び再生され、非常に高い分解
能を持つイメージが生成される光学顕微鏡に関する。本
発明は、さらに、製造プロセスの最中にワークピースを
検査するためにこの顕微鏡を使用する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの研究者が従来の光学イメージング
・システムの固有の欠点を克服するための光学走査の使
用法について研究を行なっている。つまり、いわゆる近
距離場走査光学顕微鏡法（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　ｓｃ
ａｎｎｉｎｇ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
，ＮＳＯＭ）においては、１光学波長よりも小さな直径
を持つ開口がサンプルの表面に接近して位置され、この
表面を通じて走査される。あるスキームにおいては、サ
ンプルが外部ソースによって反射的に、あるいは透過的
に照射される。反射あるいは透過した光の一部が開口に
よって集められ、例えば、光ファイバーを介して光検出
器に中継される。もう一つのスキームにおいては、光が
光ファイバーによって開口に中継されるが、この開口自
体がサンプルの反射的あるいは透過的照射のための小型
光源として機能する。この場合においては、従来の手段
が選択されたあるいは透過された光を集め、検出するた
めに使用される。いずれの場合においても、検出された
光学信号が再生され、イメージ情報が得られる。

【０００３】例えば、１９８６年８月５日付けでＷ．Ｄ
．ポール（Ｐｏｈｌ）に交付された合衆国特許第４，６
０４，５２０号は、ピラミッド状の光学的に透明な結晶
から製造されるプローブを使用するＮＳＯＭシステムに
ついて記載しており、不透明の金属コーティングが結晶
に塗られる。結晶の頂点の所で、結晶のチップ及びこの
チップ上の金属コーティングの両方が本質的に正方形の
１００ｎｍ以下の長さの辺を持つ開口を形成するために
除去される。合衆国特許第４，６０４，５２０号におい
て説明されるもう一つの開口は、シングル・モード光学
ファイバーから製造される。ファイバーの一つの平な終
端が金属化され、ファイバーのコアのみを露出するよう
にコーティング内に同軸の穴が形成される。

【０００４】１９９０年４月１７日付けでＡ．Ｌ．ルイ
ス（Ｌｅｗｉｓ　）らに交付された合衆国特許第４，９
１７，４６２号において説明される幾分異なるアプロー
チにおいては、プローブがピペットから形成される。つ
まり、ガラス・チューブが細いチップに線引きされ、不
透明の金属層にてコートされる。線引きの後、ピペット
は中空の穴を残すが、これは、チップの所でガラス及び
上側の金属層の両方を通じて現われる。結果としての金
属の環がこの開口を画成する。この開口は、金属層の径
方向に内側への成長の結果としてのガラス内に画成され
る穴よりも小さい。上に説明の方法の一つの欠点は、光
がプローブを通じて比較的低い効率にて透過されること
である。このために、信号レベルが比較的低くなる。幾
つかのケースにおいては、開口が低い信号レベルを補償
するために大きくされなければならない。この措置は、
結果として分解能が落ちるために望ましない。例えば、
光がソースから開口にコートなしのピペットを通じて送
られる場合、光学場は、ピペットの外側壁の所にかなり
大きな振幅を持つ。放射を拘束するために、壁を金属に
てコートすることが必要である。ただし、減衰が金属コ
ーティング内での吸収の結果として発生する。さらに、
金属コートは、光学漏れを許す欠陥、例えば、ピンホー
ルを作る傾向を持つ。この傾向の対策として厚さを増す
と、長さ（つまり、ピペットの径方向に対する厚さ）及
び開口を画成する金属環の外径も増加する。結果として
、金属環内における吸収及び消失に起因する光学損失が
増加し、またチップのサイズも増加する。チップが大き
くなると、サンプルの表面に対する近い接近を維持しな
がらサンプルの細いくぼんだ形態上の特徴を走査するこ
とが一層困難になる。（重要なことに、金属の堆積に起
因する大き過ぎるチップ・サイズの問題は、ファイバー
の終端をコートする金属層内の穴によって画成される開
口を持つタイプの一定の直径を持つ光ファイバー・プロ
ーブにも適用する。）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】プローブが（例えば、
エッチングによって）研いだ円錐チップを持ち、金属コ
ートのないシングル・モード・ファイバーであるとき発
生する問題が、例えば、Ｃ．ギラード（Ｇｉｒａｒｄ）
及びＭ．スページャ−（Ｓｐａｊｅｒ）によってアプラ
イド・オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ）
、２９（１９９０）、ページ３７２６−３７３３に掲載
の論文『反射近距離場光学顕微鏡法に対するモデム（Ｍ
ｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｎｅａｒ　
ｆｉｅｌｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）
』において説明されている。一つの問題は、チップに向
かってファイバー内を通過する光の一部分が円錐テーパ
ーのサイドによって反射され、次にこれを通じて透過さ
れることである。第二の問題は、テーパーのサイドがフ
ァイバーを通じて伝播でき、結果として検出器の所のノ
イズ・レベルを増加させる望ましくない光学信号を捕ら
えることである。上の説明から、今日に至るまで、光の
効率的な伝送（つまり、プローブの壁との光学的相互作
用に起因する減衰が比較的小さい）、比較的小さなチッ
プ直径、高い分解能、及び高い信頼性を併せ持つＮＳＯ
Ｍプローブを提供することに成功してないことが分かる
。

【０００６】

【課題を解決するための手続】一面においては、本発明
は光学システムに関するが、この光学システムは、一つ
のプローブを含み、このプローブの少なくとも一部は少
なくともある波長において光学的に透過性であり、また
このプローブは、一つの遠位端を持つ。この光学システ
ムは、さらに、この遠位端に設けられた光学開口を有し
、この開口は該ある波長より小さな直径を持つ。この光
学システムは、さらに、光源をソースとして、この光源
によって放出される少なくとも幾らかの光が少なくとも
該ある波長においてこの開口を通じてプローブに入り、
又は、これから出るように光学的に結合するための手段
、及び目標に対してプローブを位置決めするための手段
を含む。本発明の特徴として、（ａ）このプローブは、
一つのコア及びクラッドを持つシングル・モード光ファ
イバーの一部から成り、このクラッドは外側表面を持ち
、このファイバーとガイドされる誘電モードが関連し；
（ｂ）このファイバーは、断熱的にテーパーされたテー
パー領域を持ち、このテーパー領域の少なくとも一部は
少なくとも該ある波長の光をガイドする能力を持ち；（
ｃ）テーパー領域はファイバーに対して実質的に垂直な
平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し；（ｄ）
テーパー領域内のクラッド外側表面は実質的に滑らかで
あり；（ｅ）クラッド外側表面の少なくとも一部がテー
パー領域内において遮断材料としての金属にて塗布され
、これにより金属モードをガイドする能力を持つ金属導
波路部分が画成され、金属モードに対するカットオフ直
径がさらに定義され、（ｆ）この終端面の直径は、この
カットオフ直径以下にされる。

【０００７】

【実施例】一つの実施態様においては、本発明は、光学
システムに関連する。図１に示されるように、この光学
システムは、光源１０、プローブ２０、及び移動手段（
ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｍｅａｎｓ）３０を含む。 移動手段３０は、プローブを、一例として、プローブ・
チップ６０に隣接してステージ５０上に配列された目標
４０との関係で相対的に移動する。この光学システムは
、さらに、光源１０をプローブ２０に光学的に結合する
ための手段を含む。図１に示される例においては、この
光学結合は、光源１０とプローブ２０の間に伸びるシン
グル・モード光ファイバー７０によって提供される。（
ファイバー７０は、実際には、プローブ２０と一体化さ
れる。）光源１０は、一例として、レーザーである。光
源１０からの光は、光ファイバー内に、例えば、顕微鏡
対物レンズ９０及びファイバー位置決め装置１００を含
むシングル・モード結合器８０を介して簡単に注入でき
る。また、オプションとして、モード・ストリッパー１
１０が、コア内のシングル・モードのみがプローブに伝
播し、クラッド内の他のモードは伝播しないことを確保
するために使用される。移動手段３０としては、例えば
、プローブを垂直方向、並びに二つの直交する横方向に
移動するように設計された圧電チューブが使用される。 別の方法として、この移動手段して、プローブの変わり
にステージを移動するため、あるいはステージの移動と
プローブの移動を併用する機械的あるいは圧電移動手段
を使用することもできる。

【０００８】説明のような光学システムの一つの可能な
用途には、直接書き込みがある。つまり、プローブ・チ
ップに接近して位置するサンプル表面が光源から発光さ
れる光に露出可能な感光層にてコートされる。露出パタ
ーンがこの感光層内にプローブをサンプルに対して移動
させ、同時に、光源からの光をプローブ・チップから連
続的あるいは断続的に照射することによって生成される
。説明のような光学システムの第二の可能な用途として
は、いわゆる”照射（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）”モ
ードでのサンプルのイメージ化が考えられる。この用途
においては、プローブ・チップからの光がサンプルを通
して通過され、（図１に示されるように）ステージの下
で顕微鏡対物レンズによって集められる。（示されるの
は、照射通過モードであるが、照射反射モードも可能で
ある。）こうして集められた光は、検出器１３０に向け
られるが、これには一例として、光マルチプレクサー・
チューブが使用される。プローブが視覚的に位置決めで
きるように、ビームスプリッター１４０を使用すること
が必要であるが、これは集められた光の一部を接眼レン
ズ１５０に向ける。重要なことは、サンプルがプローブ
のラスター状の移動によって走査された場合、検出器１
３０からの信号が走査されたサンプル部分のイメージを
生成するように再生できることである。

【０００９】このような走査方法は、近距離場走査光学
顕微鏡使用法（ＮＳＯＭ）において採用されるが、この
方法においては、プローブ・チップがサンプル表面から
非常に小さな距離内、典型的には、光源によって発光さ
れる光の１波長以下の距離内に位置される。ＮＳＯＭは
、また、プローブ・チップ内の非常に小さな、これも典
型的には、１波長以下の開口を使用することによって非
常に高い光学分解能を与える。ＮＳＯＭ装置は当分野に
おいて周知であり、例えば、１９８６年８月５日付けで
Ｗ．Ｄ．ポール（Ｐｏｈｌ）に交付された合衆国特許第
４，６０４，５２０号、及び１９９０年４月１７日にＡ
．ルイス（Ｌｅｗｉｓ）らに交付された合衆国特許第４
，９１７，４６２号において説明されている。

【００１０】さらに、説明の光学システムの第三の可能
な用途が図２に示される。図２の構成においては、プロ
ーブ・チップは、光のエミッターとしてではなくコレク
ターとして機能する。この構成は、いわゆる”コレクシ
ョン（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）”モードにおけるＮＳＯ
Ｍイメージ化に対して有効である。（示されるのは、コ
レクション反射モードであるが、コレクション通過モー
ドも同様に実現可能である。）光源１０からの光は、傾
斜ミラー１６０及び傾斜環状ミラー１７０を介して環状
対物レンズ１８０に向けられる。レンズ１８０は、この
光をサンプル表面上にフォーカスする。表面から反射あ
るいは照射された光は、プローブ・チップによって集め
られ、ファイバー７０及び対物レンズ１２０を介して検
出器１３０に向けられる。反射モードＮＳＯＭについて
は、例えば、上に引用の合衆国特許第４，９１７，４６
２号において説明されている。

【００１１】検出器（あるいは、より一般的には、変換
器）１３０は、こうして検出された光を電気信号に変換
する。これら信号を使用して、陰極線管のようなビデオ
・ディスプレイ・デバイス上に二次元イメージを簡単に
生成することができる。このような目的に対しては、走
査生成器が目標に対するプローブ位置の移動を制御し、
また表示イメージを構成するための基準信号を提供する
ために使用される。変換器１３０によって生成される電
気信号は、典型的には、アナログ信号である。これらは
、表示される前に、選択的にデジタル信号に変換される
。このようなケースにおいては、デジタル・メモリーが
デジタル化された信号を格納するためにオプションとし
て提供され、またデジタル・プロセッサがデジタル化さ
れた信号をこれらを表示する前に処理するため（例えば
、イメージを向上するため）にオプションとして提供さ
れる。

【００１２】プローブ２０の一つの可能な形式は、シン
グル・モード光ファイバーである。光学ファイバー・プ
ローブは、事実、先行技術において開示されている。図
３及び４は、このようなファイバー・プローブの例を示
す。図３は、チップをカバーするように堆積された不透
明な材料、例えば、金属の環状キャップを持つテーパー
されてないシングル・モード光ファイバー１９０を示す
。この金環の中心の所の開口２１０がプローブの光学開
口を画成する。図４は、例えば、化学エッチングによっ
てテーパーされた裸の光ファイバー２２０を示す。我々
は、改良されたプローブ２３０が、シングル・モード光
ファイバーを軟化するために加熱し、軟化したファイバ
ーをテーパーされたファイバーを形成するために線引き
することによって簡単に製造できることを発見した。 線引きの後、テーパーされたファイバーの少なくとも一
部が遮断材料として不透明の材料、例えば、金属によっ
てコートされる。図５に示されるように、このように線
引きされたファイバーのチップ２４０は、角度βにてテ
ーパーされ、終端フラット２５０にて終端する。

【００１３】この光ファイバーはクラッド２６０及びコ
ア２７０を持つ。具体的なクラッド及びコアの組成は本
発明にとって重要ではないが、一例としてのクラッド組
成は、石英ガラスであり、一例としてのコア組成は、ク
ラッドよりも高い屈折率を持つドープされた石英ガラス
である。具体的なクラッド及びコアの寸法も本発明にと
って重要ではないが、一例としてのコアの直径は、約３
ｕｍであり、一例としてのクラッドの外径は約１２５ｕ
ｍである。一つのガイドされるモード、つまり、基本あ
るいはＨＥ１１モードがテーパーされてない対応するシ
ングル・モード・ファイバーと関連する。このようなモ
ードは、円筒誘電導波路の特徴であり、この理由で、以
降、誘電モードと呼ばれる。

【００１４】光ファイバーが加熱及び線引きされると、
コアの直径及びクラッドの外径の両方が減少する。コア
直径の分数的な変化はクラッドの外径の分数的な変化に
おおむね等しい。（換言すれば、ファイバーの断面は、
その比例のみにおいて変化する。）重要なことに、コア
がテーパーされる角度は、βよりかなり小さい。例えば
、一例として示された寸法を持つ直線的にテーパーされ
たファイバーにおいては、コアのテーパー角度の正接（
ｔａｎ）は、テーパー角度βの約３／１２５倍、つまり
、２．４％のみである。この理由により、βの比較的大
きな値、例えば、３０度あるいはそれ以上の一例として
の値に対してさえも、コアは以下に説明されるように断
熱的テーパーを持つ。

【００１５】テーパー無しのファイバーの場合は、誘電
モードの電場は殆どコアに拘束され、これは、クラッド
の外側表面付近においては、非常に小さな振幅、典型的
には、ピーク振幅の１０−１０　以下の振幅に落ちる。 これは、テーパーされたファイバーの場合は、必ずしも
そうではない。ガイドされた光波がテーパーされた領域
内に伝播するとき、これは、次第に狭くなるコアと遭遇
する。最終的には、コアはガイドされたモードを実質的
に拘束するにはあまりにも小さくなり過ぎる。光波は、
コアではなく、クラッドと周囲の材料、例えば、空気あ
るいはアルミニアムのような金属との間の界面によって
ガイドされる。上に説明のように、コアは一般的にこの
モードが断熱的であるのに十分に小さな角度にてテーパ
ーされる。断熱的とは、初期ＨＥ１１モードのエネルギ
ーの全てが実質的にシングル・モードに濃縮されてとど
まり、他のモード、特に、放射によって光学損失を起こ
す放射モードに結合されないことを意味する。

【００１６】最初は、コアから逃れるガイドモードはＨ
Ｅ１１モードの特性をかなりとどめる。より具体的には
、ガイドされた電磁場の振幅はクラッドの外側表面の所
では比較的小さい。ただし、ファイバーの直径がさらに
減少するにつれて、クラッドの外側表面の所での電磁場
の振幅はファイバーのピーク振幅に対して相対的に増加
する。最終的には、この電磁場はクラッドの外側表面の
所で比較的大きな振幅を得る。このようなモードは、例
えば、クラッドとまわりの空気との間の界面によってガ
イドすることもできる。ただし、このような構成は望ま
しくない。

【００１７】電場はクラツドのかなり外側にまで伸びる
ために、かなりの量の光学漏れが予想される。これは、
光がプローブ・チップにあるいはこれからチャネルされ
る効率を落とすために望ましくない。さらに、クラッド
壁から漏れる光は最終的にプローブ・チップから比較的
遠い所に位置するサンプルの部分に至る可能性があり、
結果として、サンプルの意図されない露出、あるいは検
出器の所での背景レベルの増加を引き起こす。さらに、
クラッドの外側壁が空気によってのみ取り囲まれている
場合は、漂遊光がファイバーに入り、ここでも、結果と
して、（例えば、プローブがサンプルからの光を集める
ために使用されるような場合）検出器の所での背景レベ
ルを増加させることとなる。

【００１８】上に述べた理由により、少なくともそこか
らの光学漏れが大きな割合を占めるテーパーの終端部分
を不透明材料、例えば、アルミニウムのような金属にて
コートすることが望ましい。重要なことに、このような
金属化された部分内をガイドされるモードは、誘電導波
路ではなく金属内をガイドされたモードに典型的な特性
を持つ。こうして、例えば、初期ＨＥ１１モードがこれ
がこの金属化領域に接近し、この中に入るとＴＥ１１金
属モードに変換される。重要なことに、断熱的テーパー
・コアを持つ導波路内においては、ＨＥ１１モードは、
比較的高い効率（典型的には、１０％以上の効率）にて
ＴＥ１１モードと結合できる。ファイバーが裸である場
合、ガイドされたモードがファイバーの外側表面の所で
大きな振幅を持つが、ただし、かなりのＨＥ１１特性を
とどめるファイバーの部分をここでは”遷移領域”と呼
ぶ。上の説明の観点から、（絶対に要求されるという訳
ではないが）ファイバーをこの遷移領域を通じて、及び
この遷移領域からファイバーの遠方端まで金属コートす
ることが望ましいことが明らかである。これとの関連で
、放射モード内にかなりの量の光学エネルギーが存在す
る場合、ピンホール漏れの可能性、及び実際のコーティ
ングの有限の伝導率の観点から電磁場による金属の透過
の可能性を実質的に排除するため比較的厚い金属コーテ
ィングが要求される。これは、このコーティングの厚さ
がプローブ・チップのサンプルへの非常に近い接近を妨
害し、また、非常に厚い金属コーティングはざらざらを
育て、これは、ピンホール漏れの発生を阻止するどころ
か促進する傾向を持つことの両方の理由から望ましくな
い。これとは対比的に、ここでは、比較的小さなエネル
ギーが放射モードに結合され、従って、比較的薄い金属
コーティング、典型的には、７５０−１５００Å、好ま
しくは、約１２５０Å以下のコーティングで十分である
と考えられる。

【００１９】一般的に、ガイドされる金属モードは、初
期は伝播モードである。ただし、ファイバーの直径が減
少して行くと、このガイドされるモードは次第に伝播方
向に対して比較的強い減衰を示す消失モードに変換され
る。このような遷移は、ここで、”カットオフ直径（ｃ
ｕｔｏｆｆ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　）”と呼ばれるある特
性量と関連する。 このカットオフ直径とは、任意のテーパーされた導波路
の伝播モードからエバネッセント（消失）モードへの遷
移がその導波路が無限に導電性の金属にてコートされて
いる場合にそこで起こるクラッドの外径である。通常、
ＴＥ１１モードに対して、このカットオフ直径はガイド
される波長のおおよそ１／２に等しい。カットオフ直径
からプローブ・チップに伸びるファイバーのこの部分が
ここでは”エバネッセント領域（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ
　ｒｅｇｉｏｎ　）”と呼ばれる。

【００２０】例えば、円状の円筒導波路内のＴＥ１１モ
ードのカットオフ直径は、例えば、Ｊ．Ｄ．ジャクソン
（Ｊａｃｋｓｏｎ　）によって、『古典的電子ダイナミ
クス（Ｃｌａｓｓｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍ
ｉｃｓ　）』、第２版、ジョン・ウイレイ・アンド・サ
ンズ社（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ　ａｎｄ　Ｓｏｎｓ，　Ｉ
ｎｃ．　）、ニューヨーク、１９７５年出版、ページ３
５６において議論されているように金属導波路の議論か
ら簡単に予測できる。これは、量χ／ｋ０　ｎに等しい
。ここで、ｋ０　はガイドされる光の自由空間波数であ
り、ｎは（ガイドされるモード及び波長との関係におけ
る）導波路の屈折率であり、そしてχはガイドされる特
定のモードと関連する量である。ＴＥ１１モードに対し
ては、χは１．８４１に等しい。他のガイドされるモー
ドに対応するχの値は当業者においては容易に知ること
ができるものである。

【００２１】これとの関連において、基本誘電モードか
らＴＥ１１金属モードへの変換は不完全である。誘電モ
ードのエネルギーのある有限の部分がＴＥ１１金属モー
ド以外の金属モードに結合される。ただし、ＴＥ１１モ
ードは、一般に、消失領域において他の任意の金属モー
ドよりも小さな減衰を受ける。この理由のために、消失
領域を横断した光波は実質的にＴＥ１１金属モードのみ
を含む。（さらに、実際の金属コーティングの有限の伝
導率のために、乱れたＴＥ１１モードが予測される。つ
まり、電場が小さな縦成分を持つモードが予測される。 ）

【００２２】消失領域内において、大きな減衰が起る
ために、この領域をできるだけ短くすることが要求され
る。ただし、以下に説明される他の要因が異なるアプリ
ケーションにおいては、異なる消失長が要求される。

【００２３】ファイバーのテーパーされた部分内のクラ
ッド外側表面は、クラッド外側表面付近のＨＥ１１モー
ドからの光の散乱を低減するため、比較的薄い（好まし
くは、約１５００Å以下の厚さ）の金属コーティングを
受けるため、及び光学放射の漏れを起こす欠陥を実質的
に排除するために実質的に滑らかであることが要求され
る。クラッド表面は、ここでは、走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）にて観察したとき約５０Å以上のスケールにおいて
表面の素地が現われない場合、実質的に滑らかであると
見なされる。このように望ましい滑らかさを持つ表面は
、ファイバーを加熱し、線引きすることによって簡単に
製造することができる。

【００２４】終端フラットは、実質的に平坦であり、ま
た、ファイバーの軸方向に対して実質的に垂直であるこ
とが要求される。終端フラットは、ここでは、ＳＥＭに
よる検査によって終端フラットの表面を通じて任意の横
方向の形状範囲が平坦さから約１００Å以上ずれないこ
とが示される場合に、平坦であると見なされる。

【００２５】終端フラットのエッジは、比較的鋭く画成
されることが望ましい。エッジはここでは、ＳＥＭによ
る検査の結果、エッジの所の平均曲率が約１００Å以下
である場合には鋭く画成されているものと見なされる。 このような望ましい平坦さ、及び、このような望ましい
鋭さを持つ終端フラットは、これもファイバーを加熱し
、線引きすることによって簡単に製造することができる
。

【００２６】ファイバーの終端部分（好ましくは、上に
述べたように、少なくとも遷移領域を含む）を金属コー
ティングする一つの方法は、例えば、アルミニウムを蒸
着源として使用する。図６に示されるように、ファイバ
ー２３０は、アルミニウムの蒸着の際に端がソース２９
０に向けられていない。ファイバーのプローブ端は、ソ
ースから離れた方向を向き、終端フラットが蒸着金属の
入射方向に対して影に入るようにされる。典型的には、
ファイバー軸は、ソースからファイバー・チップに向か
って引かれた線に対して約７５度の角度θを持つように
傾けられる。蒸着の際に、ファイバーはそれ自体の軸を
中心としてファイバーの全てのサイドが均一にコートさ
れるように回転される。このような方法が採用された場
合、クラッドの外側表面を滑らかにカバーするが、終端
フラットには実質的に金属が付かないようにコーティン
グが生成される。図７に示されるように、上述した説明
の方法は、光学開口３００が終端フラットの表面全体に
対応するプローブを製造するために有効である。プロー
ブの空間分解能は主に開口の直径によって決定されるた
めに、高分解能アプリケーションに対しては、終端フラ
ットの直径を非常に小さくすることが望ましい。このた
め、このようなプローブにおける終端フラットの直径は
一般にカットオフ直径よりも小さくされる。例えば、ア
ルゴン・イオン・レーザーからの５１４５Å光に対する
カットオフ直径は、上に説明の一例としての寸法を持つ
ファイバーにおいては、典型的には、約２０００Åであ
る。典型的なこれに対応する終端フラットの直径は約５
００から１０００Åであり、約２００Åあるいはこれ以
下の小さな終端フラットをファイバーを加熱及び線引き
することによって簡単に製造することができる。

【００２７】一般に、アルミニウム層の平均の厚さは、
好ましくは、約７５０Å以下とならないようにされる。 これは、これよりかなり薄い層は過多の光学漏れを起こ
し易いためである。（プローブが目標を照射するため及
び目標からの光を集めるための両方の目的に使用される
場合は、さらに小さな厚さでも良い。）厚さは、好まし
くは、約１５００Åを超えてはならない。これは、プロ
ーブ・チップの総直径を最小限にし、コーティングをで
きるだけ滑らかにするためである。この総直径は、終端
フラットの直径と終端フラットを正反対の位置で拘束す
る金属の厚さとの和である。サンプル表面内の比較的狭
い空洞あるいは裂け目内に挿入できるような、あるいは
、より一般的には、サンプルの近距離場内により深く侵
入できるようなプローブ・チップを提供するためにこの
総直径をできるだけ小さくすることが望ましい。

【００２８】重要なことに、上に説明のタイプのプロー
ブは、カットオフ直径から終端フラットまで伸びる消失
領域を持つ。この消失領域は、下に説明される代替設計
と比較してかなり長い。例えば、２０００Åのカットオ
フ直径、５００Åの終端フラット直径、及び１５度のテ
ーパー角度の場合、この消失長は、５６００Åとなる。 このような長い距離があると、かなりの量の減衰が起る
。この減衰を考えると、消失長をできるだけ短くするた
めにテーパー角度をできるだけ大きくすることが解決策
となる。ただし、テーパー角度をより小さくすると、割
れ目への侵入が楽になり、また、段を持つ表面形状へ容
易に近づくことができることも考慮に入れる必要がある
。

【００２９】ファイバーをテーパリングするための一つ
の好ましい方法においては、ファイバーが最初に市販の
ピペット・プーラー内に搭載され、ファイバーが線引き
の前及び最中に加熱される。一例としての熱源は二酸化
炭素レーザーである。制御可能なパラメータとして、入
射される光の強度（これは加熱速度を決定する）、ファ
イバーの端に加えられる引っ張る力、及び個々の引っ張
るステップの数が含まれる。一般に、ファイバーは最終
的には、急に力を増すことによって遂行される引っ張り
ステップである”強い引っ張り（ｈａｒｄ　ｐｕｌｌ　
）”によって壊される。強い引っ張りが加えられる瞬間
におけるファイバー端の速度も、加熱の中止と強い引っ
張りを加えるまでの間の時間的遅延と同様に制御が可能
である。

【００３０】我々は、任意の与えられたセットのパラメ
ータを使用すことにより高度に再現性のある特性を持つ
プローブが製造できることを発見した。テーパー角度は
、加熱速度を遅くする、引っ張る力を弱める、複数のス
テップにて引っ張る、あるいは加熱される領域の広がり
を小さくするなどの選択あるいは組合わせによって簡単
に増加することができる。終端フラットの直径は、加熱
速度を増加する、あるいは引っ張る力を増加する、ある
いはこの両者によって簡単に増加することができる。 これに加えて、より高い温度のガラス組成を持つファイ
バーを使用することによって、より大きなテーパー角度
及びより小さなチップが得られる。要求されるプロセス
・パラメータの組合わせは、当業者においては、少し調
査すれば明らかとなるものである。

【００３１】別のタイプのプローブが図８に示される。 このタイプのプローブにおいては、金属コーティングが
終端フラットの上、並びにクラッドの外側表面上になさ
れる。上述の説明のように、クラッドの外側表面上の金
属の厚さは、好ましくは、約７５０−１５００Åの厚さ
にされる。終端フラット上の金属層は、漂遊光を排除す
るためには十分に厚いが、ただし、消失長を短くするた
めにできるだけ薄いことが要求されるために、好ましく
は、約２５０−５００Åの厚さにされる。このケースに
おいては、光学開口３００は、終端フラット全体にでは
なく、終端フラットの一部のみに対応する。終端フラッ
ト上の金属層は、光学開口を画成する開口を持つ環状に
なるように形成される。重要なことに、この開口は、終
端フラットの中央に位置することも、あるいは、フラッ
トの中心からずらすこともできる。中央でない開口は、
チップ領域内に複数のモードの存在が予想されるときに
要求される。全てのモードが中央に位置する開口に効率
的に結合されるわけではないために、このようなケース
においては、中心に位置しない開口がより効率的な出力
結合を提供する。より具体的には、中央に位置しない開
口は、ＴＥ１１モードに対して最適な光学結合を与える
ことが期待される。

【００３２】この中央開口は、最初に、例えば、ファイ
バーのホスト・ガラスよりも速いエッチング速度の埋没
ガラス・ロッドを持つファイバーを提供することによっ
て形成される。（一例として、石英ガラス内に埋め込ま
れたホウケイ酸ガラスが使用される。）ファイバーの終
端が線引きの後、ファイバーが金属化される前に、化学
エッチング剤に晒される。このエッチング剤は、終端フ
ラット内に空洞を形成する。この空洞は、終端フラット
の金属化の最中は影に置かれ、結果として金属層内に開
口が形成される。

【００３３】この方法によって形成される典型的な開口
の直径は約２００−２０００Åであるが、同一の方法を
用いてこれよりもさらに大きな、あるいはこれよりも小
さい開口を形成することもできる。

【００３４】金属コーティングは、一例として、裸のチ
ップを持つプローブとの関連で上に説明された蒸着源か
ら堆積される。ただし、二つの別個の堆積ステップが使
用される。つまり、最初のステップにおいて、上に説明
されたように、クラッドの外側表面がコーティングされ
、第二のステップにおいては、ファイバーの方位を変え
て、終端フラットがコーティングされる。

【００３５】このタイプのプローブにおいては、開口は
終端フラットの直径によっては決定されないために、通
常、終端フラットの直径は、高い分解能の用途において
も、カットオフ直径より小さいことは必要でない。従っ
て、減衰を最少に押えるために、終端フラットの直径は
、概ね、少なくともカットオフ直径と同一であることが
望ましい。ただし、上で説明されたように、割れ目に侵
入できるようにするためにプローブ・チップの総直径は
できるだけ小さいことが望まれる。この理由により、終
端フラットの直径は、好ましくは、カットオフ直径より
もあまり大きくはされない。

【００３６】これとの関連で、開口の直径は、通常、カ
ットオフの直径よりも小さく、従って、終端フラットの
上にわたる金属層内の中央の開口が、光学場が消失する
金属導波路を画成することに注意を要する。ただし、コ
ーティングは、典型的には、約５００Åあるいはこれ以
下の厚さを持つため、この消失長は、前に説明された裸
のチップを持つプローブの場合よりもかなり小さい。明
らかに、減衰を小さく押えるためには、終端フラット上
の金属コーティングを可能な限り薄くすることが要求さ
れる。終端フラット上の金属の厚さに対する許容レンジ
は、約２５０−５００Åであり、典型的には、前に述べ
たように、５００Åである。

【００３７】我々は、裸チップのプローブの消失部分内
で予想される理想パワー減衰について計算した。対応す
るパワー透過係数は、便宜的に、上に説明のようにガイ
ドされるモードの特性であるχ、テーパー角度β、及び
以下の式によって定義される次元を持たないパラメータ
を使用して表わすことができる。 α＝χ／ｎｋ０　ａ ここで、ａは、上に説明されたように開口の直径であり
、ｋ０　はガイドされる光の自由空間波数であり、ｎは
導波路屈折率の該当する値である。αは開口直径に対す
るカットオフ直径の比に等しいことを知っておくと役に
立つ。デシベルにて表わされた場合、理想消失減衰に対
応するパワー透過係数は、以下によって与えられる。

【数１】 我々は、全体測定したパワー透過係数がＴｅｖよりも１
０ｄＢ以上落ちない１から１０の間のレンジのαの様々
な値、及び５度から２０度の間のレンジのβの様々な値
を持つプローブを製造することに成功した。少なくとも
、２から８の間のレンジのαに対しては、Ｔｅｖは概ね
−２χα／ｔａｎ　βｄＢによって近似できる。こうし
て、我々は、Ｔにて表わされる総測定パワー透過係数が
以下を満足させるプローブを製造することに成功した。 Ｔ（ｄｂ）＞−（２χα／ｔａｎ　β）−１０

【００３
８】本発明による光学システムは、とりわけ、製造ツー
ルとして有効である。例えば、このプローブは、光源か
らプローブの光学開口に隣接して位置するワークピース
の表面の小さな領域への化学線放射を遂行するために簡
単に使用できる。例えば、ワークピースの表面が感光層
、例えば、フォトレジストにてコートされ、この層内に
パターンがこのプローブに対してプローブを移動させる
一方において、このプローブを通じて光が開口から出て
、この層の上にそそがれ、これによってこの層を露出す
ることによって生成される。追加のステップが遂行され
、これによって、例えば、工業製品が完結される。一例
としての工業製品は半導体集積回路であり、これら追加
のステップには、フォトレジストを展開するステップ、
及びレジストにてコートされた表面をエッチング剤に晒
し、フォトレジストの下の層をパターン化するステップ
が含まれる。重要なことに、半導体ウエーハばかりでな
く、フォトリソグラフィック・マスク用に使用されるガ
ラス・プレートもこの方法で簡単にパターン化できる。

【００３９】もう一つのプロセスにおいては、プローブ
からの化学線放射がワークピースの表面上に向けられ、
これによってこの表面上に物質が堆積される。例えば、
表面が有機金属蒸気あるいは溶液に晒される。この表面
上に当る化学放射線によってこの蒸気あるいは溶液の一
つあるいは複数の成分が局部的分解を促し、例えば、こ
の表面に粘着する金属残留物が生成される。

【００４０】本発明による光学システムはまた製造ライ
ン上の検査デバイスとしても有効である。例えば、第９
図に示されるように、半導体集積回路の製造においては
、製造プロセスの一つあるいは複数のステージにおいて
パターン化される表面を持つ半導体ウエーハがしばしば
提供される（ステップＡ）。こうして形成されるパター
ンは、一般に、ある狭い公差内に保たれることが要求さ
れる通常”ライン幅”と呼ばれる特性寸法を持つ。本発
明による光学システムは、ライン幅、例えば、ウエーハ
上の金属導体の幅、あるいはウエーハ上の金属・酸化物
半導体（ＭＯＳ）構造内に形成されたゲートの長さを測
定するため（ステップＤ）に簡単に使用できる。これら
ライン幅が所望の値と比較される（ステップＥ）。プロ
セス・パラメータ、例えば、リソグラフィック露出時間
あるいはエッチング時間は、初期にセットされる（ステ
ップＢ）が、これらが測定された寸法を所望の公差内に
入れるように調節される（ステップＨ）。次に、製品を
完結するための追加のステップ（ステップＧ）が遂行さ
れる。測定ステップには、プローブをパターン化された
表面に隣接するように位置するステップ（ステップＩ）
、その上に光を照射するステップ（ステップＪ）、及び
上に説明されたのとほぼ同様にして、光源と検出器が本
発明によるプローブを介して光学的に結合されるように
することにより表面からの光を検出するステップ（ステ
ップＫ）が含まれる。

【００４１】本発明による光学システムはまた磁気デジ
タル記憶媒体、例えば、磁気ディスク内のビット・パタ
ーンを調べるためにも有効である。磁気記憶媒体は、一
般に、偏光のファラデー回転を示すために、変調された
磁化の方向によって特性化されるビット・パターンを、
例えば、クロス偏光子を使用する検査によって簡単に視
覚化できる。こうして、例えば、本発明による光学シス
テムは、偏光用光源を使用し、また検出器の前に偏光フ
ィルターを用いることにより、この媒体の反射モード・
イメージ化のために使用することができる。このような
媒体を所定の特性を持つビット・パターンにてインプレ
スすることを含む製造プロセスにおいては、関係するプ
ロセス・パラメータが検出されるビット・パターンが所
望のパターンと合致するように調節される。

【００４２】少なくとも幾つかのケースにおいては、レ
ーザー光源がそれ自体偏光された光のソースである。幾
つかの他のケースにおいては、ソースから光を直線偏光
膜を通じて通過させることが望ましい。これら光が光フ
ァイバー７０（図１参照）に結合される前に、通常、こ
れは、半波長板を通じて、そして、次に四分の一波長板
を通じて通過せしめられる。これらプレートの方位がこ
の光ファイバー内の複屈折を補償するために簡単に調節
できる。（必ずしも必要ではないが、偏光保存ファイバ
ーを使用することもできる。）ファイバーから出る光の
直線偏光成分が、例えば、これを第二の直線偏光膜を通
じて検出する一方において半波及び四分の一波プレート
を調節することによって視覚的に最適化される。

【００４３】本発明による光学システムの製造及び検査
に対するその他のアプリケーションにおいても当業者に
とって容易に行うことができる。。例えば、本発明によ
る光学システムは、また記憶のためのデジタル・データ
を光学あるいは磁気記憶媒体上にインプレシングするた
め、あるいはこのようにして格納されたデータを記憶媒
体から読み出すためにも有効である。例えば、データは
、磁化可能な金属フィルム上に周囲のフィルム部分の磁
化の方向とは異なる方向の局所磁化を持つスポットのパ
ターンの形式にて記録できることが良く知られている。 このデータ記憶技術は、例えば、ＭＲＳ公報１５（ＭＲ
Ｓ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ１５）、１９９０年４月号、ペー
ジ２０−２４にＲ．Ｊ．ガンビノ（Ｇａｍｂｉｎｏ　）
によって掲載の論文『光学記憶ディスク技術（Ｏｐｔｉ
ｃａｌＳｔｏｒａｇｅ　Ｄｉｓｋ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ　）』、及びＭＲＳ公報１５（ＭＲＳ　Ｂｕｌｌｅｔ
ｉｎ　１５　）、１９９０年４月号、ページ３１−３９
にＦ．Ｊ．Ａ．Ｍ．グレイダナス（Ｇｒｅｉｄａｎｕｓ
　）及びＷ．Ｂ．ジーパー（Ｚｅｐｅｒ　）によって掲
載の論文『磁気光学記憶材料（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔ
ｉｃａｌ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　）』
において説明されている。

【００４４】典型的な磁気記憶媒体は一つあるいは複数
の希土類及び一つあるいは複数の遷移金属のアモルファ
ス合金から成る層である。（代替磁気記憶材料としては
、コバルト・プラチナあるいはコバルト・パラジウム多
重層膜、及びフェライト及びガーネットなどのような磁
気酸化物材料が含まれる。）例えば、デジタル・データ
のビットを表わすスポットは、媒体を磁場に露出し、こ
のスポットをキューリー温度あるいはその媒体の補償ポ
イント以上に光学的に加熱することによって書き込まれ
る。（幾つかのケースにおいては、磁化の局所的な反転
が媒体に内部的な減磁場を与えることのみで可能であり
、外部的な磁場を加える必要はない。）このようなスポ
ットは、慣習的には、１ｕｍの直径にされる。ただし、
本発明による光学システムを使用すると、これよりも小
さなスポット、例えば、約０．２−０．５ｕｍ、及びさ
らには０．０６ｕｍ以下と言った非常に小さなスポット
を簡単に作ることができる。このような小さなスポット
を、また、本発明の光学システムによって読み出すこと
も可能である。

【００４５】一つの現時点において好ましい実施態様に
おいては、磁気記憶媒体は、少なくとも一つの希土類及
び少なくとも一つの遷移金属を含む合金の薄いアモルフ
ァス膜である。一例としてのこのような合金にテルビウ
ム・鉄がある。近距離場プローブの開口が媒体の表面か
ら約１照射波長以内に位置される。（より大きなスポッ
トが要求される場合は、このプローブは媒体から１波長
以上の距離に簡単に置くことができる。）照射波長は、
媒体に十分な加熱を与えるように選択される。例えば、
テルビウム・鉄膜は、ＹＡＧレーザーによってポンプさ
れ、約６００ｎｍの所で概ねナノ秒のパルスを放射する
色素レーザーによって簡単に加熱することができる。レ
ーザーからの光は、光ファイバーを介して本発明による
プローブに向けられ、プローブ・チップから記憶媒体上
に当てられる。スポットを書き込むために要求される典
型的な局所温度の変化は約１５０度Ｃである。書き込み
は、照射のための連続あるいはパルス・レーザーのいず
れかを使用して達成できるが、パルス・レーザーの方が
、レーザーの平均パワー要件を低減し、比較的小さなス
ポットを加熱するのに好ましい。

【００４６】重要なことに、本発明は、磁気フィルム記
憶媒体のみでなく、照射源にて書き込むことが可能な他
の媒体も包含する。このような媒体としては、例えば、
多結晶膜（例えば、テリウムにてドープされたアンチモ
ン化インジウムの膜）が含まれ、これが、例えば、レー
ザー・パルスによって膜の融点を超える温度に局所的に
加熱され、アモルファス状態に急速に冷却される。この
冷却速度は、例えば、レーザー・パルスの時間依存を適
当にシェーピングすることによって制御することができ
る。

【００４７】記憶されたデータを表わすスポットは、典
型的には、記憶媒体内のトラックに書き込まれる。この
トラックは、例えば、回転ディスク上を円周的に伸びる
。本発明によって書き込まれるスポットの直径は、典型
的には、このようなトラックの幅よりもかなり小さい。 従って、長所として、複数のこのようなスポットがこの
トラックを横方向に横断して伸びるバンド内に書き込ま
れる。本発明の一つの長所は、このようなバンド内のこ
れらスポットが本発明による線型アレイの近距離場プロ
ーブにて同時に読み出すことができることである。

【００４８】磁気フィルム記憶媒体上にインプレスされ
たパターンを読み出すための一つの現時点において好ま
しい方法においては、本発明によるプローブにて照射さ
れた直線偏光の光がこの記憶媒体を通じて送られ、従来
の手段を使用してこうして送られた光の一部が集められ
、これが偏光分析される。読み出しに関しては、好まし
い波長は、最大光学応答を持つ（つまり、それが磁気媒
体を横断するとき、その光の偏光の方向の回転が最大と
なる）波長である。遷移金属希土類媒体に対しては、こ
のような波長は、典型的には、近赤外あるいは可視スペ
クトル内にある。

【００４９】もう一つの実施態様においては、このプロ
ーブが偏光された光を媒体の表面に当てるため、及びこ
の光の表面から反射された部分を集めるための両方に使
用される。媒体内の磁気化されたスポットを通過した、
あるいはこれから反射された結果として、典型的には、
約０．５度の偏光回転が起る。この回転の結果として、
分析器をとうして送られ、その後検出される光の強度が
変調される。この変調が復号され、媒体内に記録された
情報が再生される。周知のように、このような情報は、
例えば、記録されたサウンド、イメージ、テキスト、あ
るいはデジタル・データであり得る。

【００５０】例えば、位相変化を伴うもう一つの実施態
様においては、変調が、典型的には、偏光の回転ではな
く、反射率の変化によって実現される。この変化もまた
本発明によるプローブを使用して反射された光を集める
ことによって簡単に検出することができる。

【００５１】本発明による顕微鏡はまた生物学的研究及
び臨床医学におけるイメージング用途に対しても有効で
ある。より具体的には、本発明による顕微鏡は、少なく
とも幾つかのケースにおいて、しばしば、医学及び生物
学的イメージングに対する先行技術によるＮＳＯＭシス
テムの有効性を損なう低信号レベルの問題を克服する。 つまり、例えば、本発明による顕微鏡は、生物学的組織
のセクション化されたサンプルをイメージ化し、その組
織内の物理的な病理を発見及び同定するために使用する
ことができる。同様な方法によって、本発明による顕微
鏡は、セクション化された組織内のそれらに固有の外観
あるいは蛍光によって検出可能な材料、並びに、例えば
、蛍光色素によってラベル付けされた材料の分布を調べ
るために簡単に使用できる。

【００５２】本発明による顕微鏡はまた遺伝病理及び研
究用途において、染色体をそれらが、例えば、中期状態
にある際にイメージ化するためにも有効である。より具
体的には、蛍光物質にてラベル付けされた染色体あるい
は染色体の一部が本発明による顕微鏡を使用して簡単に
同定できる。通常、細胞の核物質をリンを含む物質と反
応させるプロセスを含む蛍光ラベリングの方法は、当分
野において周知であり、ここで詳細に述べる必要はない
。

【００５３】蛍光によるイメージ化は、本発明による顕
微鏡を照射モード（図１）あるいは集光モード（図２）
のいずれかのモードにて使用することによって簡単に達
成できる。前者においては、サンプルに蛍光を放射する
ことを促す能力を持つ電磁放射がプローブからサンプル
に当てられ、結果としての蛍光が、例えば、従来の顕微
鏡対物レンズによって集められる。後者においては、励
起放射が従来の方法に従ってサンプルに当てられ、蛍光
がプローブによって集められる。

【００５４】前述の如く、好ましいプローブ２０（図１
参照）は、シングル・モード光ファイバーをテーパリン
グすることによって製造される。少なくとも幾つかのケ
ースにおいては、多重モード・ファイバーをテーパリン
グ及びコーティングすることによっても有用なプローブ
が製造できる。多重モード・ファイバーの（ガイドされ
る波長に対する）寸法によってより多くのあるいは少数
のモードがガイドされる。一般に、ガイドされるモード
の数が少なければ少ない程（つまり、このファイバーが
シングル・モード・ファイバーに近ければ近い程）、任
意の開口によって達成されるＳ／Ｎ比は大きくなる。

【００５５】これも前に述べたように、プローブに対す
る一例としての不透明のコーティングとしてはアルミニ
ウムのような金属が使用される。より一般的には、適当
なコーティングは、ガイドされる放射が低い侵入度を持
つ材料から成るコーティングである。アルミニウムは、
放射が、例えば、可視スペクトル内にあるときは、一つ
の好ましい材料であるが、ただし、例えば、赤外線放射
がガイドされるような場合は、シリコンのような半導体
が好ましい。

【００５６】以下に例を示す。４５０ｎｍのカットオフ
を持つ３−ｕｍシングル・モード・ファイバー（ＦＳ−
ＶＳ−２２１１）がサッター・インストルーメント（Ｓ
ｕｔｔｅｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）にて製造された
Ｍｏｄ．Ｐ−８７マイクロピペット・プーラー内でファ
イバーを２５ワット二酸化炭素レーザーから２５ワット
３ｍｍスポットにて加熱し、線引きされた。マイクロピ
ペット・プーラーが、７５のセッティング（レンジ０−
２５５）におけるハード・プル、４のセッティング（レ
ンジ０−２５５）における”プルにおける速度（ｖｅｌ
ｏｃｉｔｙ　ａｔ　ｐｕｌｌ）”、及び１の時間遅延（
レンジ０−２５５）を提供するようにプログラムされた
。１２度のテーパー角度、６７０Å直径の終端フラット
、及び約３のαに対する値を持つチップ特性が得られた
。ファイバーの一端が回転子内に置かれ、約１０−６ト
ルのベース圧力にて約１２６０Åのアルミニウムにて蒸
着コートされた。テーパーを与えられた終端が次に図１
の光学装置内の圧電チューブ内に搭載された。アルゴン
・イオン・レーザーからの１ミリワットの５１４．５ｎ
ｍの光がファイバー内に結合された。 ファイバー・チップの所の光学パワー出力は、約１．１
ナノワットであると測定されたが、これは、約−６０ｄ
Ｂの総パワー伝送係数に対応する。サンプル表面のイメ
ージを形成するために使用された場合、このプローブは
約２５ｎｍの空間分解能を提供した。

【図面の簡単な説明】

【図１】近距離場走査光学顕微鏡に対して有用な一例と
しての光学システムの略図である。

【図２】近距離場走査光学顕微鏡に対して有用なもう一
つの一例としての光学システムの略図である。

【図３】先行技術による光ファイバー・プローブの略図
である。

【図４】先行技術による光ファイバー・プローブの略図
である。

【図５】本発明の一つの実施態様に従う光ファイバー・
プローブの略図である。

【図６】光ファイバー・プローブを金属化するための一
例としての方法を示す図である。

【図７】本発明の一つの実施態様に従う光学開口の略図
である。

【図８】もう一つの光学開口の略図である。

【図９】本発明の一つの実施態様に従う製造プロセスを
示すフローチャートである。

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光学システムにおいて、該システムが
   ：少なくとも一部が少なくともある所定の波長において
   光学的に透過性であり、かつ一つの遠位端部を持つプロ
   ーブと；該遠位端部内に設けられ、該所定の波長よりも
   小さな直径を有する光学開口；及び該プローブを目標に
   対して位置決めするための手段とを含み、ａ）該プロー
   ブがコア及びクラッドを持つ光ファイバーの一部から成
   り、該クラッドが外側表面を有し、該所定の波長の放射
   に対して該ファイバーと少なくとも一つのガイド誘電モ
   ードが関連し； ｂ）該ファイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領
   域を有し、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくと
   も該所定の波長の光をガイドすることができ；ｃ）該テ
   ーパー領域が該ファイバーとほぼ垂直の平面に方位する
   実質的に平坦な終端面内で終端し；ｄ）該テーパー領域
   内の該クラッド外側表面が実質的に滑らかであり；そし
   て ｅ）該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
   も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
   侵入度を持つ遮断材料にて塗布され、これにより金属モ
   ードをガイドすることができる金属導波路部分が画成さ
   れることを特徴とする光学システム。
2. 【請求項２】　　光源によって照射される少なくとも幾
   らかの光が少なくとも該所定の波長において該開口を通
   じてプローブに入るように、あるいはこれから出るよう
   に該光源を該プローブに光学的に結合するための手段が
   さらに含まれることを特徴とする請求項１の光学システ
   ム。
3. 【請求項３】　　光源としての電磁放射源と；該プロー
   ブがサンプルの表面の一部に隣接するラスター・パター
   ン内に移動されるように移動手段を駆動するための走査
   発生器と；該プローブに入るあるいはこれから出る光源
   からの光の少なくとも一部を検出し、また該検出された
   光に応答して電気信号を生成するための変換手段と；該
   プローブの少なくとも一部及び目標の少なくとも一部を
   見るための遠距離場顕微鏡手段；及び該サンプルに対す
   る該プローブの少なくとも幾つかの変位において検出さ
   れた光の量に関連する二次元イメージを表示するための
   該変換器と信号受信関係を有するビデオ・ディスプレイ
   手段がさらに含まれ、該変位がラスター・パターンの一
   部であることを特徴とする請求項２の光学システム。
4. 【請求項４】　　該変換手段はアナログ電気信号を生成
   するようにされており、該システムがさらに該アナログ
   電気信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号を該
   ビデオ・ディスプレイ手段に伝送するための手段を含む
   ことを特徴とする請求項３の光学システム。
5. 【請求項５】　　該デジタル信号の少なくとも一部をデ
   ジタル的に記録するための記憶手段がさらに含まれるこ
   とを特徴とする請求項４の光学システム。
6. 【請求項６】　　該デジタル信号をデジタル的に処理す
   るための手段がさらに含まれ、該デジタル処理手段が該
   アナログ・デジタル変換手段に対して受信関係にあり、
   該ビデオ・ディスプレイ手段に対して送信関係にあるこ
   とを特徴とする請求項５の光学システム。
7. 【請求項７】　　該目標の少なくとも一部を刺激して蛍
   光を放射することができる電磁放射源がさらに含まれ、
   放射線が放射源から該プローブを通じて該目標に送られ
   るように該放射源が該プローブに光学的に結合され；さ
   らに該目標によって射出された蛍光の少なくとも一部を
   検出するための手段が含まれることを特徴とする請求項
   １の光学システム。
8. 【請求項８】　　目標をして少なくとも該所定の波長で
   の蛍光を放射するように刺激する能力を持つ電磁放射源
   ；及び該放射源によって射出される放射線の少なくとも
   一部が該目標に当り、該目標によって射出される蛍光の
   少なくとも一部が該光学開口を通じて該プローブに入射
   するように、該目標を該放射源及び該プローブに対して
   サポートするための手段がさらに含まれることを特徴と
   する請求項１の光学システム。
9. 【請求項９】　　該終端面が該金属モードに関するカッ
   トオフ直径以下の直径を持つことを特徴とする請求項１
   の光学システム。
10. 【請求項１０】　　該終端面が実質的に遮断材料で被膜
    されておらず；該ファイバーが個々の軸方向の位置にお
    いて一つのクラッド外径を持ち；”消失領域”と呼ばれ
    る金属導波路部分の少なくとも一部において、該クラッ
    ド外径が該カットオフ直径よりも小さく、そして該開口
    が実質的に該終端面と一致することを特徴とする請求項
    ９の光学システム。
11. 【請求項１１】　　該終端面の直径が概ね該カットオフ
    直径に等しく；該プローブがさらに該終端面上に被膜し
    た遮断材料の環状層を含み、該環状層が該開口を取り巻
    き、これによって該開口が画成されることを特徴とする
    請求項９の光学システム。
12. 【請求項１２】　　該開口直径に対する該カットオフ直
    径の比がαによって表わされ；該金属モードがＴＥ１１
    モードであり；該テーパー角度がβによって表わされ；
    αが少なくとも約２、最大で約８であり；そして該プロ
    ーブが、デジベルにて表わされたとき、以下の関係、Ｔ
    ＞−（３．６８α／ｔａｎ　β）−１０を満たすＴにて
    表わされる透過係数を持つことを特徴とする請求項９の
    光学システム。
13. 【請求項１３】　　該開口が一つの中心を持ち、また該
    終端面が一つの中心を持ち、該開口の中心が該終端面の
    中心とずれていることを特徴とする請求項１１の光学シ
    ステム。
14. 【請求項１４】　　サンプルを調べるための方法におい
    て、該方法が該サンプルの少なくとも一部の拡大された
    イメージを生成するステップ；及び該イメージを視覚的
    に調べるステップを含み、該イメージ生成ステップが、
    プローブをサンプルの第一の表面に隣接してかつ該第一
    の表面からある所定の波長以上離れない距離に位置せし
    め、電磁放射を該サンプル上に当て、該第一の表面から
    射出される電磁放射を集め、及び該集められた放射の少
    なくとも一部を検出するステップを含み、該サンプル上
    に当てられる放射が該プローブから射出され、少なくと
    も該所定の波長を持ち、あるいは該集められた放射が該
    プローブによって集められ、少なくとも該所定の波長を
    持ち： ａ）該プローブがコア及びクラッドを有する光ファイバ
    ーの少なくとも一部から成り、該クラッドが一つの外側
    表面を持ち、該所定の波長の放射に対して該ファイバー
    と少なくとも一つのガイド誘電モードが関連し；ｂ）該
    ファイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領域を有
    し、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくとも該所
    定の波長の光をガイドすることができるようにされてお
    り； ｃ）該テーパー領域が、該ファイバーに対して実質的に
    垂直の平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し、
    開口が該終端面に設けられており； ｄ）該テーパー領域内の該クラッド外側表面が実質的に
    滑らかであり；そして ｅ）該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
    も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
    侵入度を持つ遮断材料にて塗布トされ、これにより金属
    モードをガイドすることができる金属導波路部分が画成
    されることを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】　　該サンプルが第二の表面を持ち、該
    サンプルに電磁放射を当てるステップが該第二の表面に
    放射を当てるステップから成り、該第一の表面によって
    射出される放射が該サンプルを通して透過される放射で
    あることを特徴とする請求項１４の方法。
16. 【請求項１６】　　該放射を当てるステップが該第一の
    表面に放射を当てるステップから成り、該集めるステッ
    プが反射された放射を集めるステップから成ることを特
    徴とする請求項１４の方法。
17. 【請求項１７】　　該電磁放射を当てるステップが該第
    一の表面上に放射を当てるステップから成り、該当てら
    れる放射が該サンプルの少なくとも一部分に蛍光を励起
    する能力を持つ少なくとも一つの波長の放射を含み、該
    集めるステップが蛍光を集めるステップから成ることを
    特徴とする請求項１４の方法。
18. 【請求項１８】　　表面をパターン化する方法において
    、該方法が： ａ）パターン化されるべき表面を有するワークピースを
    供給するステップ；及び ｂ）該表面上に少なくとも一つのある所定の波長の光を
    当てられた光の少なくとも一部が光学開口から投射、あ
    るいは反射、あるいはこれに透過されるように当てるス
    テップを含み、該放射を当てるステップがさらに：ｃ）
    一つの終端面及び該終端面に設けられた光学開口を持つ
    プローブを該表面に隣接して該開口と該表面との間の距
    離が最大でも約所定の１波長となるように位置するステ
    ップを含み；ここで ｄ）該プローブが一つのコア及びクラッドを含む光ファ
    イバーの一部から構成され、該クラッドが一つの外側表
    面を有し、該所定の波長の放射に対して該ファイバーと
    少なくとも一つのガイド誘電モードが関連し；ｅ）該フ
    ァイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領域を有し
    、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくとも該所定
    の波長の光をガイドすることができるようにされており
    ； ｆ）該テーパー領域が該ファイバーに対して実質的に垂
    直の平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し、該
    開口が該終端面内に画成され； ｇ）該テーパー領域内の該クラッド外側表面が実質的に
    滑らかであり；そして ｈ）該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
    も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
    侵入度を持つ遮断材料にて塗布され、これにより金属モ
    ードをガイドすることができる金属導波路部分が画成さ
    れることを特徴とする方法。
19. 【請求項１９】　　該パターン化されるべき表面は記録
    媒体から成り、この上にビット・パターンをインプレス
    することができ；該放射を当てるステップにおいては、
    光が該光学開口から該媒体上に当てられ；該光を当てる
    ステップにより、該媒体内に局所的な物理的変化をもた
    らし、該物理的変化によって光信号が変調されるように
    されており、該変調が少なくとも１ビットの情報を担持
    することを特徴とする請求項１８の方法。
20. 【請求項２０】　　該媒体が磁気媒体であり、該放射を
    当てるステップにより、該媒体がそのキューリー温度、
    あるいはその補償ポイント以上に加熱され、結果として
    スポットが形成されその局所的な磁化がそのスポット周
    辺の隣接する領域の磁化とは異なることを特徴とする請
    求項１９の方法。
21. 【請求項２１】　　該放射を当てるステップが外部磁場
    の存在下において遂行されることを特徴とする請求項２
    ０の方法。
22. 【請求項２２】　　該媒体が少なくとも一つの希土類及
    び少なくとも一つの遷移金属を含む磁気合金であること
    を特徴とする請求項２０の方法。
23. 【請求項２３】　　該媒体が実質的に多結晶であり、該
    放射を当てるステップの結果として該媒体の一部分が局
    所的に加熱された後に急激に冷却され、局所的に実質的
    にアモルファスなスポットが形成されることを特徴とす
    る請求項１９の方法。
24. 【請求項２４】　　該ワークピースを供給するステップ
    が：複数の半導体ウエーハを提供するステップから成り
    、各々のウエーハはパターン化されるべき表面を有し；
    該方法がさらに： ａ）少なくとも一つの処理パラメータをセットするステ
    ップ； ｂ）該処理パラメータに従って少なくとも一つの第一の
    ウエーハを該ウエーハの表面上に特定寸法を持つパター
    ンが形成されるように処理するステップ；ｃ）該第一の
    ウエーハ上の該特定寸法を測定するステップ； ｄ）該特定寸法を所定の範囲の値と比較するステップ；
    ｅ）該特定寸法が該所定の範囲の値の範囲外にある場合
    、該処理パラメータを該所定の範囲の値に入るように修
    正するステップ； ｆ）ステップｅ）の後に、該処理パラメータに従って少
    なくとも一つの第二のウエーハを処理するステップ；及
    び ｇ）該少なくとも第二のウエーハに関して、物を完成さ
    せるために少なくとも一つの追加のステップを遂行する
    ステップを含み； ｈ）該放射を当てるステップが、該測定ステップの際に
    、該第一のウエーハの該パターン化された表面に隣接し
    てプローブを位置せしめ該表面上に光を該表面から少な
    くとも該光の一部が反射されるように当てるステップを
    さらに含み、該当てられる光が該プローブから投射され
    、あるいは該反射された光の一部が該プローブによって
    集められ、さらに該反射された光の少なくとも一部を検
    出するステップを含むことを特徴とする請求項１８の方
    法。
25. 【請求項２５】　　該ワークピースを供給するステップ
    が各々がビット・パターンにてインプレスされるべき磁
    気材料の表面層を持つ複数の基板を供給するステップを
    含み；該方法がさらに： ａ）少なくとも一つの処理パラメータをセットするステ
    ップ； ｂ）少なくとも第一の基板を該処理パラメータに従って
    ビット・パターンが該基板の表面内に形成されるように
    処理するステップ； ｃ）少なくとも該第一の基板の該ビット・パターンを検
    出するステップ； ｄ）該検出されたビット・パターンを所定のビット・パ
    ターンと比較するステップ； ｅ）該検出されたビット・パターンが所定のビット・パ
    ターンと異なる場合、該処理パラメータを該検出された
    ビット・パターンと該所定のビット・パターンが一致す
    るように変更するステップ； ｆ）ステップｅ）の後に、該処理パラメータに従って少
    なくとも第二の基板を処理するステップ、及びｇ）該少
    なくとも第二の基板に関して、物を完成させるために少
    なくとも一つの追加のステップを遂行するステップを含
    み； ｈ）該放射を当てるステップが、該検出ステップの際に
    、該第一のウエーハの該パターン化された表面に隣接し
    てプローブを位置せしめ該表面上に光を該表面から少な
    くとも該光の一部が反射されるように当てるステップを
    さらに含み、該当てられる光が該プローブから投射され
    、あるいは該反射された光の一部が該プローブによって
    集められ、さらに該反射された光の少なくとも一部を検
    出するステップを含むことを特徴とする請求項１８の方
    法。
26. 【請求項２６】　　該表面がフォトレジストを含み；該
    光を当るステップが該光学開口から化学線、電磁放射を
    該表面上に該フォトレジスト内に潜像が形成されるよう
    に当てるステップから成り；該方法がさらに：該フォト
    レジストを現像するステップ；及び該表面内にパターン
    が形成されるように該ワークピースをエッチング剤に晒
    すステップを含むことを特徴とする請求項１８の方法。
27. 【請求項２７】　　該表面を化学的に活性な液体あるい
    は蒸気に晒すステップがさらに含まれ、該放射を当てる
    ステップが化学線、電磁放射を該光学開口から該表面に
    該液体あるいは蒸気の化学的分解によって物質が形成さ
    れるように当てるステップから成り、該物質が該表面上
    に堆積及び粘着し、これによって該表面がパターン化さ
    れることを特徴とする請求項１８の方法。