超短パルス光によるナノ微小領域への近接場の局在化と極微細加工への応用

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450030
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 片岡 俊彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029328)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 晴行 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30304009) ; 押鐘 寧 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40263206) ; 遠藤 勝義 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90152008)
• Keywords: 走査型近接場光学顕微鏡 / エバネセント場 / Tiサファイアレーザー / 微小共振球 / 極微小突起 / フォトレジスト / WGMモード / HeCdレーザー

Research Abstract

SNOM顕微鏡システムはその近接場の形成方法の違いから数種類に分類されるが、高分解能と試料の多様性を両立させることは難しい。しかし、我々が開発した共振球を介した微小突起を有する共振球プローブでは、上の2つの条件を両立させることが可能である。
光によるナノ微細加工には近接場の局在化,高強度化が欠かせない.この目的に添ったプローブとして,極微小突起を有する微小共振球プローブの試作を行なった.一連の実験結果より,共振球以外からの散乱光を取り除く必要が生じたため、直径100μm程度の共振球は,シングルモードファイバの先端を炭酸ガスレーザーによる溶融,伸延して作製したスポーク付のガラス球とした.このスポーク部をガラス基板に接着し,共振球を基板表面に接触,保持した.これにより、基板と共振球との接着部からの散乱光を抑えることが出来た。また、この共振球表面への極微小突起の製作は,i線露光用のフォトレジストを球表面に塗布し,HeCdレーザーの集光スポットを用いて感光させることにより実現した.露光スポットサイズ,露光時間の制御により,1μm程度の微小突起を再現性良く作製できた。この突起からの散乱光が、照明用のTi:サファイアレーザーの波長をスキャンし,共振球内に光共振状態を作り出すことで観察されたことで,SNOM用プローブとしての動作が期待できた.
そこで,試作プローブの動作テストとして,市販のCDの表面に多数存在するピット(高さ100nm,幅500〜800nm,長さ870〜3180nm)の観察を行なった.その結果,ピット列が観察され,試作プローブの有効性が示せた.
また,このプローブの極微小突起周りをモデル化し,三次元境界要素法による電磁場伝搬解析をおこなった結果,微小突起からの散乱光強度が,試料を近接させることにより急激に増加する様子がシミュレートできた.このシミュレーション結果は,定性的に実験事実とも良く対応した.さらに,微小突起の形状,材質が,散乱光強度に非常に強く影響を及ぼすことがわかり,光微細加工のための高分解能・高感度プローブの最適化設計に対する指針が得られた.今後は,このシミュレーションによるプローブ部の設計を進め,得られたパラメータをもつプローブの具現化により,光による極微細加工に最適なプローブの開発を目指す.

Research Products

• [Publications] Yasushi Oshikane et al.: "Scanning Near-field Optical Microscope with a Small Spherical Protrusion Probe Excited with WGM resonances (invited)"Special issue of Near Field Optical in Optical Memory and Neural Networks. vol.9,No.3. (2000)
• [Publications] Yasushi Oshikane etal.: "A prototypical resonant microcavity probe for scanning near-field optical microscope"Proc.of 6th International Conference on Near Field Optics and Related Techniques (The Netherlands). 142-142 (2000)
• [Publications] 押鐘 他: "微小球内のWGM共振を利用した走査型近接場光学顕微鏡の開発"2000年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. G40 (2000)
• [Publications] 押鐘 他: "共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の開発 -標準試料の走査結果とプローブの性能評価-"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. L68 (2000)
• [Publications] Kenta Arima et al.: "Scanning Tunneling Microscopy Study Of Hydrogen-terminated Si (001) Surfaces After Wet Cleaning"Surface Science. Vol.446,No.1-2. 128-136 (2000)
• [Publications] 片岡俊彦,押鐘寧: "近接場ナノフォトニクス入門(大津,河田編)"オプトロニクス社. 133 (2000)