纳米机械光学

　　1前言

　　采用微机械加工技术，可以制作各种各样的小型探测器和高度集成化的微系统。微机械加工的特点是可采用比用半导体微细加工技术的精密加工自由度还高的加工工艺，制作立体的微型结构.此外，还有可制作机械性能更加灵活的结构和可批量生产等优点.

　　通过将各种探测器和致动器集成化，可构成复杂的微系统。针对小型化、高集成化和高精度化的要求，加工精度及器件的尺寸等已经开始向纳米级方向发展.随着从徽米级向纳米级尺寸的变化，在光学领域也正在展开定域的近场光学器件的研究。这并不是说一味地缩小器件就是好事，问题是经过缩小的器件的性能要得到提高，或者斌与器件新的功能，否则缩小就没有实际的意义了。作为纳米机械和纳米光学融合技术的实例，该文主要介绍近场光学探测显微镜;作为精密加工技术的应用，主要介绍光刻技术。

　　2微小开口的形成及其在近场探针制作方面的应用

　　所谓的近场光学显微镜是指超过光波动性引起的衍射极限、其分辨率小于波长的显微镜。具有小于光波长尺寸这样的微小金属开口，光几乎无法传播，于是在开口附近形成近场.采用形成了这种徽小开口的探针扫描试样表面，根据所观察的试样表面和近场之间的相互作用检测散射光。这种近场显微镜技术不单纯是一种高分辨率显微镜，因为它在纳米加工技术及未来高密度光存储方面的发展蕴藏着极大的潜力，故其研究活动颇为盛行.如图l(a)所示，近场光学显微镜，通常采用在尖端形成微小开口的光纤探针，但是光在探针尖端要穿过一个小于波长的窄小区域到达微小开口，这样相当大的一部分光被损失掉，故存在光利用率低下的缺陷。尤其是为获得高分辨率，势必缩小徽开口的尺寸，光的损失就会增大，近场光学显徽镜的灵敏度及SN比的劣化变得明显.

　　如图1(b)所示，利用硅微细加工技术形成的微小开口探针，通过使开口尖端部形成大角度，采取成批处理，可实现大批量生产，图2表示微小开口制作方法的模式图.这种方法是利用氧化硅过程中的应力引起的异常生长制作微小开口。就像制作尖形的扫描探针显徽镜用的探针一样，利用湿法氧化形成的硅氧化膜，由于其膜中存在局部压缩应力的缘故，腐蚀坑的尖端等偶角部分变薄。利用硅的各向异性蚀刻形成的倒角锥结构的底部也可看到同样的现象.首先将氧化膜作为掩膜，利用硅的各向异性蚀刻制成倒角锥状的腐蚀抗。在1050℃下对硅片进行湿法氧化，形成1μm~1.2μm厚的氧化膜.而后，采用光致抗蚀剂将探针部分保护好，将其以外的部分用BHF(缓冲HF)溶液蚀刻，使其厚度达到0.5拌m一。.7拌m。将氧化膜全部蚀刻，在倒角锥下部氧化膜薄的部分形成徽小开口，最后沉积铬等氧化膜，形成金属微小开口.图3表示制成的近场光学探针结构.其端部形成直径80nm的徽小开口(图3(b))