Острийная структура для сканирующих приборов, способ ее изготовления и приборы на ее основе

Острийная структура для сканирующих приборов, способ ее изготовления и приборы на ее основе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к материаловедению, к прецизионному инструментарию для научных и производственно-технологических работ, работ по литографии с нанометрическим разрешением, к диагностике материалов различной природы и состоит в создании острийных структур для сканирующих приборов, самих приборов для задач микроскопии ближнего оптического поля, для оптической записи информации, для обнаружения и измерения атомных сил, для производства литографических работ с нанометрическим разрешением, в том числе и с применением многозондовой структуры для увеличения производительности.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В качестве одного из современных научных инструментов для изучения свойств и структур тонких пленок различного происхождения применяется так называемый микроскоп ближнего оптического поля (МБОП), являясь при этом разновидностью сканирующего зондового прибора (СЗП). Особую роль среди СЗП играет атомно-силовой микроскоп (АСМ).

В классическом МБОП для получения изображения исследуемого образца используется зонд, представляющий собой нитевидный световод 1 (Фиг.1) с заостренным концом 2 величиной около 100 нм. Этот конец прикреплен к кварцевой вилке 3, точнее к одной из двух ее ножек 3а. При помощи такой конструкции осуществляется контроль положения зонда относительно исследуемой поверхности 4. Другой конец 5 нитевидного световода 1 обращен к источнику излучения 6 (лазеру). При подаче на конец 5 световода 1 излучения 7 от лазера 6, оно распространяется по нему и выходит через его заостренный конец 2. Затем это излучение пропускают через исследуемый образец, после которого стоит приемный объектив, фиксирующий объем прошедшей через образец волновой энергии излучения.

В МБОП имеются два основных элемента, совершенство которых увеличит его разрешающую способность - главную характеристику любого микроскопа. Первым таким элементом является диаметр заостренного конца зонда 2. Уменьшение его размера приведет к уменьшению размера пятна, которое формируется выходящим (или входящим) из него излучением 7. Вторым элементом является средство контроля положения зонда относительно исследуемой поверхности. Как указывалось выше, в классическом МБОП это решается с помощью кварцевой вилки 3. Такая пластина подобно камертону после ее возбуждения осуществляет колебания с собственной резонансной частотой. При приближении заостренного конца 2 зонда к исследуемой поверхности 4 этот конец 2 начинает взаимодействовать межатомными силами (силами Ван-дер Ваальса) с указанной поверхностью 4. В результате такого взаимодействия частота колебания кварцевой вилки 3 изменяется, смещаясь от собственной резонансной. Это отслеживается системой контроля положения зонда 2 относительно поверхности образца 4 и фиксируется факт контакта при данных относительных координатах зонда с поверхностью образца.

Для улучшения указанных выше элементов МБОП были предложены несколько вариантов исполнения зонда [1-5], совместив его с кантилевером для АСМ. Принципиальным в этих вариантах было применение авторами этих статей самой оптимальной системы контроля положения зонда относительно исследуемого образца. А именно, системы, обратная связь которой реализована на основе отраженного лазерного излучения и его регистрации при помощи четырехпозиционного диода. Такая система имеет самую высокую чувствительность из существующих. Возможность применения такой системы появилась как результат использования зонда (кантилевера), включающего в себя три основных элемента (Фиг.2): держатель 8 (массивная твердая часть), левер 9 (гибкая пластина, необходимое усилие на изгиб которой имеет порядок 10^-15 H) и острие 10. Чувствительность обеспечивается величиной силы, необходимой для изгиба левера 9, которая, как показали эксперименты, проведенные фирмой IBM, может достигать величин 10^-18 H. Лазерное излучение 11, направленное на обратную сторону левера 9, отражаясь от ее поверхности, попадает на фотодиод 12. Исходное положение пятна отраженного луча - перекрестие границ между двумя рядами фоточувствительных элементов четырехпозиционного диода. При изгибе левера, пятно смещается, что фиксируется следящей системой.

Применение кантилеверных зондов дает и другое преимущество, а именно, радиус закругления вершины острия может составлять величину не более 10 нм. Таким образом, оба основных элемента микроскопа, о которых говорилось выше, в случае использования кантилеверного зонда, приобретают более совершенные параметры, что увеличивает разрешающую способность микроскопа.

Также, кантилеверные зонды имеют те преимущества перед классическими зондами, применяемыми в МБОП, что они удобны в работе и более доступны в производстве.

Наконец, еще одним преимуществом применения кантилеверных зондов является возможность совмещения двух микроскопов, атомно-силового и ближнепольного оптического, в одном. Благодаря использованию такого зонда в сканирующем приборе появляется возможность получать сразу две разные по своей природе картины характеристик при одном сканировании образца. А именно, благодаря такому сканирующему прибору, содержащему указанный зонд, исследователь имеет возможность изучить с высоким разрешением морфологию поверхности и внутреннюю картину прозрачного для используемого излучения образца. Наиболее предпочтителен данный сканирующий прибор для изучения полимеров и иных тонких пленок.

Для того чтобы обеспечить прозрачность зонда для излучения 7 (Фиг.1), используемого для исследования образца, авторами [1] предложен вариант кремниевого острия с поверхностным металлическим слоем в 20 нм (Фиг.3). Согласно теории о распространении поверхностного плазмона, величина диаметра выходящего пучка излучения составляет величину порядка толщины металлического слоя. Это было продемонстрировано ими в указанной работе. Также, благодаря подобной конструкции, они добились значительного увеличения производительности зонда, то есть величины прошедшего через зонд полезного излучения.

Указанная конструкция проста в изготовлении. Однако, в работах [2-5] предложены конструкции (Фиг.4, Фиг.5 и Фиг.7), позволяющие добиться еще большей производительности. В них предложены конструкции, выполненные из материалов, прозрачных для прохождения излучения 7, при этом диаметр апертуры при вершине имеет тот же порядок величины, что и в работе [1]. Недостатком их является то, что конструкции, предложенные в работах, сложны в исполнении и для широкого круга исследователей недоступны. Технология изготовления, описанная в [4, 5], предлагает множество сложных операций для изготовления зонда (Фиг.6), применительно только для МБОП.

Конструкция зонда (Фиг.8а, b) и прибора на его основе, предложенная в [6, 7], сочетает все преимущества конструкций, предложенных в работах [1-5]. Такие характеристики, как ее простота (преимущество конструкции, предложенной в [1]) и высокая ее производительность (преимущество конструкций, предложенных в [2-5]), дают возможность для широкого применения предложенного в [6, 7] изобретения исследователями. Однако, предложенная в [6, 7] конструкция не предусматривает наличия непрозрачного покрытия на поверхности зонда со стороны острия и отсутствия такого покрытия на вершине острия с образованием апертуры. Как результат применения такой конструкции, используемое для исследования излучение рассеивается на всей поверхности зонда и только незначительная ее часть может будет проходить через вершину острия. Это в свою очередь приведет к значительному снижению параметра эффективности, характеризующегося соотношением «сигнал/шум».

Наряду с этим при работе с образцами, имеющими развитую поверхность, предложенные в [6, 7] простые конструктивные решения исполнения зонда не позволяют проникать в поверхностный рельеф тонкой структуры, что значительно ограничивает возможности применения таких зондов и приборов на их основе. Предложенные в [6, 7] варианты конструкций с образованными путем осаждения специальными наконечниками для зондов усложняют технологию изготовления, что подобно конструкциям, рассмотренным в [2-5], делают изобретения недоступными для широкого круга исследователей.

Конструкция зонда и прибора на его основе, предложенная в настоящем изобретении, сочетает в себе все преимущества различных конструкций, предложенных в работах [1-7]. Предложенный в настоящем изобретении способ изготовления зонда позволяет достичь снижения стоимости изделия, что расширит круг его пользователей. А конструкция прибора на основе предложенного в настоящем изобретении зонда обеспечит универсальность его применения для решения различных задач, стоящих перед исследователями.

Наряду с задачами МБОП конструкция, описанная в [4-7], позволяет решать и иные задачи. Это касается работ по оптической записи информации и производстве литографических работ. В частности, для последних работ в [4, 5] предлагается множественная острийная структура. Недостатки таких структур те же, что и одиночных острий.

Конструкция, предложенная в настоящем изобретении, и прибор на ее основе позволяют также осуществлять оптические считывание и запись информации и проводить литографические работы, в частности, при засветке фоторезиста с нанометрическим разрешением. Поэтому образец, рассматриваемый нами в настоящем изобретении, может являться как образцом для проведения над ним исследований, так и образцом для производства над ним обратимых и необратимых воздействий. Производство работ (термин, который мы будем в дальнейшем использовать) с образцом в этом смысле следует рассматривать как понятие, включающее в себя как исследование такого образца, так и воздействие на него.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению предлагается острийная структура для сканирующих приборов, содержащая подложку, по крайней мере, одно острие, причем, по крайней мере, поверхности подложки и, по крайней мере, одного острия выполнены из прозрачного для излучения материала, на указанные поверхности подложки, со стороны острия (с лицевой стороны), и острия со стороны острия нанесено непрозрачное для излучения покрытие, на вершине острия указанное покрытие отсутствует или является прозрачным для излучения, образуя нижнюю апертуру. При этом на поверхности подложки с обратной стороны от острия может быть нанесено непрозрачное для излучения покрытие, причем на части такой поверхности подложки указанное непрозрачное для излучения покрытие отсутствует, образуя верхнюю апертуру. Также прозрачность может быть обеспечена материалом, из которого изготовлено острие, а на подложке со стороны, обратной от острия, может иметься покрытие, хотя бы частично прозрачное для одного излучения и непрозрачное для другого, причем под непрозрачным покрытием или вне его на поверхности острийной структуры и/или внутри него может иметься средство для генерации излучения и/или усиления излучения, падающего на его поверхность. В таком случае на поверхности подложки или ее части может иметься люминесцирующий слой, эмитирующий излучение при прохождении через него каких-либо частиц и/или излучения. Также вблизи нижней апертуры острийной структуры излучение может проходить через, по крайней мере, один участок материала с показателем преломления, отличным от показателя преломления материала, по которому идет распространение излучения в подложке. Тогда указанный, по крайней мере, один участок материала с иным показателем преломления может находиться в теле и/или на поверхности острия. Либо указанный, по крайней мере, один участок материала с иным показателем преломления является материалом образца и/или подложки, на которой тот находится. Согласно настоящему изобретению в любом из перечисленных выше случае подложка может представлять собой, по крайней мере, один зонд, содержащий, по крайней мере, один держатель (массивная часть) и, по крайней мере, один левер (гибкая часть), а острие размещено на конце левера.

Настоящее изобретение предлагает также способ изготовления острийной структуры для сканирующих приборов, состоящий в создании, по крайней мере, одного острия на подложке, причем, по крайней мере, поверхности подложки и, по крайней мере, одного острия изготавливают из прозрачного для излучения материала, покрытие из материала, непрозрачного для излучения, наносится на поверхности подложки и указанного острия с лицевой стороны подложки, на вершине острия обеспечивается возможность прохождения излучения. При этом возможность прохождения излучения через вершину острия обеспечивается либо способом нанесения непрозрачного покрытия, либо путем удаления с его поверхности непрозрачного покрытия с помощью сфокусированного пучка частиц, либо путем удаления с его поверхности непрозрачного покрытия с помощью механического стирания, либо путем удаления с его поверхности непрозрачного покрытия с помощью его испарения при пропускании по такому слою, расположенному на вершине острия, посредством полевой эмиссии электрического тока прямой или обратной полярности в вакууме в присутствии инертного газа или без него, с образованием нижней апертуры. Согласно настоящему изобретению предполагается, что на часть поверхности подложки с обратной от острия стороны может быть нанесено покрытие из непрозрачного материала. При этом перед нанесением покрытия из непрозрачного для излучения материала или после него, в подложке или на ее поверхности создают средство для генерации излучения и/или усиления излучения, падающего на его поверхность.

Настоящее изобретение также предлагает сканирующий прибор, содержащий зонд, включающий в себя держатель, левер, острие и апертуру, образованную на вершине острия слоем непрозрачного материала, подложку с образцом, средство контроля положения зонда относительно подложки с образцом, средство осуществления относительного сканирования образца и зонда, средство для облучения образца излучением или генерации собственного характерного излучения образца, средство для усиления собственного характерного излучения образца, средство для анализа величины излучения, рассеянного на образце, или собственного характерного излучения образца, причем зонд может иметь конструкцию согласно любой из описанных выше в данном разделе. При этом в таком приборе средство контроля положения зонда относительно образца может быть совмещено со средством, позволяющим произвести исследование образца и/или воздействие на них.

Также согласно настоящему изобретению сканирующий прибор может содержать средство для облучения образца, в котором есть по крайней мере два источника излучения. Таким источниками могут быть когерентный излучатель, причем источники излучения могут располагаться на окружности с центром, находящимся на одной линии с осью острия зонда. А сам источник излучения может иметь кольцевую апертуру излучения. В другом случае средство облучения образца может содержать по крайней мере один источник когерентного излучения. При этом прибор может иметь средство для получения и анализа статической или динамической интерференции излучения, используемого для исследования образцов и воздействия на них. Причем прибор может содержать средство для раздвоения когерентного излучения по крайней мере на два луча. И оно может располагаться в зонде.

Описываемый в настоящем изобретении прибор может обеспечивать такой режим работы, при котором в процессе сканирования вершина зонда находится в постоянном контакте с подложкой с ее обратной от образца стороны. При этом подложка может быть изготовлена из того же материала, что и материал зонда, по которому идет распространение излучения в зонде. Либо подложка может быть изготовлена из материала, более мягкого, чем материал, из которого изготовлена вершина острия зонда. Описываемый прибор может содержать средство для очистки поверхности подложки с обратной стороны от образца. Причем это средство может находиться в зонде, а острие такого зонда может иметь специальную форму и химически активное покрытие на своей поверхности или ее части.

Наконец, согласно настоящему изобретению сканирующий прибор может содержать два зонда. В этом случае вершина острия одного зонда обращена к вершине острия другого, а образец расположен между ними, излучение, подающееся на образец, проходит через вершину одного зонд, а после прохождения через образец оно принимается вершиной другого зонда. При этом возможен случай, когда средство для облучения образца излучением или генерации собственного характерного излучения образца находится в зонде. Предполагается, что прибор содержит средство для юстировки положения вершины острия одного зонда относительно положения вершины острия другого зонда. В таком приборе через апертуру на вершине острия одного зонда возможно облучение образца излучением, которое рассеивается на нем и которое затем через апертуру на вершине острия другого зонда принимается прибором. Причем средство для облучения образца может содержать по крайней мере два источника излучения. Прибор также предполагает возможность, что в процессе сканирования вершина одного из зондов находится в постоянном контакте с подложкой с ее обратной от образца стороны. При этом предлагается также вариант, когда вершина другого зонда могла бы находиться в постоянном контакте с другой подложкой с ее обратной от образца стороны, таким образом, что образец находился бы между двумя подложками. Сканирующий прибор может содержать средство для очистки поверхности подложки с обратной стороны от образца, и оно может быть реализовано в зонде, причем острие такого зонда может иметь специальную форму и химически активное покрытие на своей поверхности или ее части.

Наконец, любой из вышеперечисленных вариантов сканирующего зондового прибора может иметь средство для контролируемого удаления части материала с вершины острия зонда, а также средство для усиления собственного характерного излучения образца по крайней мере в зонде.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Фиг.1. Схема классического зонда для МБОП. 1 - световод, 2 - заостренный конец световода, 3 - кварцевая вилка, 3а - ножка кварцевой вилки, 4 - образец, 5 - конец световода, обращенный к лазерному источнику, 6 - лазер, 7 - лазерное излучение.

Фиг.2. Схема классического зонда для АСМ. 8 - держатель зонда, 9 - левер зонда, 10 - острие зонда, 11 - лазер, 12 - четырехпозиционный фотодиод.

Фиг.3. Предшествующий уровень техники: схема кантилеверного зонда для МБОП, предложенная авторами [1].

Фиг.4. Предшествующий уровень техники: схема кантилеверного зонда для МБОП, предложенная авторами [2].

Фиг.5. Предшествующий уровень техники: схема кантилеверного зонда для МБОП, предложенная авторами [3].

Фиг.6. Предшествующий уровень техники: способ изготовления кантилеверного зонда для МБОП, предложенный авторами [4]. 1 - монокристаллическая подложка кремния, 2 - защитная пленка из термического окисла кремния, 3 - углубление в виде пирамиды, 4 - пленка из термического окисла кремния, 5 - острие, 10 - гибкий слой, 11 - полиимидная пленка, 12 - полиимидная пленка, 21 - подложка, 22 - буферный слой n-InP, 23 - активный слой InGaAsP, 24 - покрывающий слой p-InP, 25 - внешний слой p-InGaAs, 27 - изолирующий слой, 28 - волновод, 29 - маскирующий слой, 30 - внешний электрод.

Фиг.7. Предшествующий уровень техники: схема кантилеверного зонда для МБОП, предложенная авторами [4]. 5 - острие, 10 - гибкий слой, 20 - лазер, 21 - подложка, 27 - изолирующий слой, 28 - волновод, 30 - внешний электрод.

Фиг.8а, b. Предшествующий уровень техники: схемы кантилеверных зондов для МБОП, предложенные авторами [6, 7]. 100 - зонд, 101 - левер, 102 - свободный конец держателя, 103 - столик держателя, 104 - металлическая пленка, 105 - рассеивающий наконечник, 105b - маленькая часть рассеивающего наконечника.

Фиг.9а, b. Сечение кантилеверного зонда для сканирующего зондового прибора (далее "Зонд для СЗП"). 8 - держатель зонда, 9 - левер зонда, 10 - острие зонда, 13 - прозрачный для излучения слой, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия.

Фиг.10а, b. Зонд для СЗП без или частично без металлического покрытия с обратной стороны зонда. 8 - держатель зонда, 9 - левер зонда, 10 - острие зонда, 13 - прозрачный для излучения окисный слой кремния, 14 - непрозрачное для излучение металлическое покрытие, 15 - апертура на вершине острия, 16 - апертура (верхняя) на держателе зонда с его обратной стороны.

Фиг.11а, b. Зонд для СЗП с дополнительным функциональным слоем. 8 - держатель зонда, 9 - левер зонда, 10 - острие зонда, 13 - прозрачный поверхностный слой, 13а - непрозрачный слой электроизолирующего материала, 14 - непрозрачное для излучение металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 14а - непрозрачное (или частично прозрачное) для излучения металлическое покрытие с обратной стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 16 - апертура (верхняя) на держателе зонда с его обратной стороны, 17, 18 - функциональные слои (с обратной и лицевой стороны зонда).

Фиг.12а. Вершина острия Зонда для СЗП, содержащая материал с иным показателем преломления. 13 - прозрачный поверхностный слой, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 19 - материал (из которого изготовлено тело зонда) с показателем преломления, отличным от показателя преломления поверхностного слоя, в котором распространяется излучение, 20 - распространяемое в зонде (на его поверхности) излучение, 21 - излучение, вышедшее из зонда через нижнюю апертуру.

Фиг.12b, с. Зонд для СЗП, содержащий материал с иным показателем преломления. 4 - образец, 8 - держатель зонда, 9 - левер зонда, 10 - острие зонда, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 22 - материал на поверхности прозрачного острия, показатель преломления которого отличен от показателя преломления материала, из которого изготовлено острие и по которому распространяется излучение в зонде, 23 - материал подложки с образцом, в которую (из которой) попадает излучение, выходящее (входящее) из нижней апертуры.

Фиг.13а, b. Способ изготовления кантилеверного зонда из нитрида кремния: А-Е - основные шаги. 13а - подложка кремния с ориентацией [100], 13b - пирамидальное углубление, 13с - осаждение слоя нитрида кремния с образованием контура острия, 13d - осаждение слоя нитрида кремния с образованием левера, 13е - формирование держателя из стекла, 13f - формирование слоя из окисла кремния.

Фиг.14a, b, c, d. Фрагмент прибора на основе кантилеверного зонда для СЗП (далее "Фрагмент Прибора") с различными способами введения излучения для работы с образцом. 4 - образец, 8 - держатель зонда, 9 - левер зонда, 10 - острие зонда, 12а - приемный объектив детектора МБОП, 13 - прозрачный поверхностный слой, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 16 - апертура (верхняя) на держателе зонда с его обратной стороны, через которое излучение попадает в тело зонда или в его прозрачный поверхностный слой, 20 - распространяемое в зонде (на его поверхности) излучение, 21 - излучение, вышедшее из зонда через нижнюю апертуру, 21а - характерное излучение, вышедшее из образца, 24 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 25 - направления распространения излучения в поверхностном прозрачном слое зонда, 26 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда и попадающее в материал зонда или в его поверхностный слой через верхнюю апертуру.

Фиг.15а, b, с. Фрагмент Прибора с совмещенными средством контроля положения зонда относительно образца и средством, позволяющим произвести работы с таким образцом. 13 - прозрачный поверхностный слой, 14b, c - непрозрачные для излучения металлические покрытия на левере, 14d - частично непрозрачные для излучения металлические покрытия на левере, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 20 - распространяемое в зонде (или в поверхностном прозрачном его слое) излучение, 21 - излучение, вышедшее из зонда через нижнюю апертуру, 24 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 27 - излучение, отраженное от непрозрачного материала, нанесенного на лицевую сторону левера (фиг."а"), либо излучение, отраженное от непрозрачного материала, из которого изготовлен зонд (фиг."b"), либо излучение, отраженное от частично непрозрачного материала 14а, нанесенного на обратную сторону левера (фиг."с").

Фиг.16а, b. Фрагмент Прибора, когда излучение для исследования подается через верхнюю апертуру. 8 - держатель зонда, 13 - прозрачный поверхностный слой, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 16 - апертура (верхняя) на держателе зонда с его обратной стороны, 20 - распространяемое в зонде (или в поверхностном прозрачном его слое) излучение, 21 - излучение, вышедшее из зонда через нижнюю апертуру, 24 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 25 - направления распространения излучения в поверхностном прозрачном слое зонда, 26 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда и попадающее в материал зонда или в его поверхностный слой через верхнюю апертуру, 27 - излучение, отраженное от непрозрачного материала, нанесенного на обратную сторону левера, 28 - прижим, 29 - держатель прибора.

Фиг.17. Фрагмент Прибора, в котором излучение, используемое для работы с образцом, подается со стороны такого образца, при этом проходя через них. 4 - образец, 8 - держатель зонда, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 16 - апертура (верхняя) на держателе зонда с его обратной стороны, через которое излучение выходит из тела зонда, 20 - распространяемое в зонде излучение, 24 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 27 - излучение, отраженное от непрозрачного материала, нанесенного на обратную сторону левера, 30 - излучение, подаваемое непосредственно на образец с противоположной от зонда стороны, 31 - прошедшее через образец излучение, 32 - излучение от образца, вошедшее через нижнюю апертуру, распространившееся по зонду и вышедшее через его верхнюю апертуру.

Фиг.18. Фрагмент Прибора, в котором используется по крайней мере два источника излучения, позволяющих произвести работы с указанными образцами. 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 20 - распространяемое в зонде излучение, 21a, b - "пятна" излучений от двух источников на плоскости, перпендикулярной оси острия, после выхода из нижней апертуры, 24a, b - излучение, подающееся на обратную сторону зонда от двух независимых источников, 33 - область пересечения "пятен".

Фиг.19а, b. Фрагмент Прибора, который имеет средство для получения статической или динамической интерференции излучения, используемого для работы с образцами, 10 - острие, 11 - источник излучения, 11а - зеркало, обеспечивающее образование двух лучей когерентного излучения от одного источника, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 20 - распространяемое в зонде излучение, 21а - два луча когерентного излучения, 22 - материал на поверхности прозрачного острия, показатель преломления которого отличен от показателя преломления материала, из которого изготовлено острие и по которому распространяется излучение в зонде, 24 - два луча когерентного излучения, подающееся на обратную сторону зонда, 34 - интерференционные кольца.

Фиг.20. Фрагмент Прибора, который содержит средство для генерации излучения в зонде. 13а - слой непрозрачного диэлектрика, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 14а - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с обратной стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 17 - функциональный слой, 20 - распространяемое в зонде излучение, 21 - излучение, вышедшее из зонда через нижнюю апертуру, 24 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 27 - излучение, отраженное от непрозрачного материала, нанесенного на обратную сторону левера, 35 - поток частиц или излучения, результатом попадания которого в функциональный слой является генерация излучения, распространяемого затем в зонде.

Фиг.21а, b. Фрагмент Прибора, который содержит средство для генерации собственного излучения образца и средство для усиления такого излучения, расположенное в зонде. 4 - образец, 8 - держатель зонда, 10 - острие, 14 - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15 - апертура (нижняя) на вершине острия, 16 - апертура (верхняя) на держателе зонда с его обратной стороны, через которое излучение выходит из тела зонда, 17, 18 - функциональные слои, 20 - распространяемое в зонде излучение, 23 - тонкая прозрачная подложка, 24 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 27 - излучение, отраженное от непрозрачного материала, нанесенного на обратную сторону левера, 31 - характерное собственное излучение образца, 32 - характерное излучение функционального слоя, распространившееся по зонду и выходящее через его верхнюю апертуру, 36 - излучение, которым облучается функциональный слой, 37 - распространение в зонде излучения, которым облучается функциональный слой, 38 - излучение, которым облучается образец, 39 - характерное излучение функционального слоя, явившееся результатом усиления характерного собственного излучения образца, попавшее в нижнюю апертуру зонда.

Фиг.22. Фрагмент Прибора, в котором излучение, используемое для работы с образцом, подается через зонд, расположенный с противоположной стороны от образца по отношению к зонду, осуществляющему анализ прошедшего через образец излучения. 4 - образец, 8а, b - держатель зонда, 13 - прозрачный поверхностный слой, 14a, b - непрозрачное для излучения металлическое покрытие с лицевой стороны зонда, 15a, b - апертура (нижняя) на вершине острия, 16a, b - апертура (верхняя) на держателе зонда с его обратной стороны, через которое излучение выходит из тела зонда, 20 - распространяемое в зонде (на его поверхности) излучение, 21 - излучение, вышедшее из зонда через нижнюю апертуру, 23 - тонкая прозрачная подложка, 24a, b - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 25 - направления распространения излучения в поверхностном прозрачном слое зонда, 26 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда и попадающее в материал зонда через верхнюю апертуру, 27a, b - излучение, отраженное от непрозрачного материала, нанесенного на обратную сторону левера, 31 - прошедшее через образец излучение, 32 - излучение от образца, вошедшее через нижнюю апертуру, распространившееся по зонду и выходящее через его верхнюю апертуру, 40 - одно из направлений перемещения образца при его сканировании прибором.

Фиг.23. Фрагмент Прибора, в котором излучение, используемое для работы с образцом, подается через один зонд, находящийся в контакте с одной из подложек, а излучение, прошедшее через образец, принимается другим зондом, находящимся в контакте с подложкой, расположенной с другой стороны образца, который размещен между указанными подложками. 4 - образец, 8a, b - держатели зонда, 9a, b - левера, 10a, b - острия, 23a, b - тонкие прозрачные подложки, 26 - излучение, подающееся на обратную сторону зонда, 32 - излучение, прошедшее через образец, вошедшее через нижнюю апертуру, распространившееся по зонду и выходящее из зонда.

Фиг.24. Фрагмент многоострийной структуры с включенными в нее зондами. 8 - держатели зонда, 9 - левера, 10 - острия, 14 - непрозрачное покрытие с лицевой стороны подложки.

ПРИМЕРЫ

В настоящем изобретении предлагаются несколько вариантов применения изложенных в сущности изобретения идей. Наиболее типичными являются следующие.

Пример 1.

Здесь следует рассмотреть два основных вида зонда (далее просто "зонд") для сканирующих приборов. Как показано на Фиг.9а и Фиг.9b, оба они включают в себя массивный держатель 8, гибкую часть 9, именуемую левером, и острие 10, расположенное на левере.

Один из них изготовлен из кремния - непрозрачного для типичного излучения, применяемого в ближнепольной микроскопии, а именно, видимого излучения, генерируемого лазерным источником. Согласно настоящему изобретению такой зонд покрыт слоем материала 13 (Фиг.9а), прозрачного для указанного излучения. В качестве такого слоя лучше использовать термический окисный слой кремния на его поверхности. При этом часть (не основная) может распространяться и в кремнии. Очевидно, что показатель преломления кремния значительно превосходит показатель преломления его окисного слоя. Будем считать, что когда говорится о распространении излучения в зонде, речь будет идти об основном распространении, то есть, в данном случае, в окисном слое.

Другой вид зонда изготовлен из прозрачного для излучения материала (Фиг.9b). Лучшим вариантом такого зонда является зонд, изготовленный из нитрида кремния.

Описанные здесь два вида зондов покрыты непрозрачным для излучения материалом 14. Таким материалом может служить любой металл (серебро, золото, алюминий и т.д.) или иное непрозрачное покрытие. Оптимальным решением может быть использование в качестве такого покрытия алюминия. При этом на вершине острия такое покрытие может либо отсутствовать, образуя апертуру 15, либо присутствовать в незначительных количествах, при которых достаточная для детектирования часть излучения через эту вершину может пройти. На обоих видах зонда покрытие также может отсутствовать как на всей поверхности с обратной от острия стороне зонда (Фиг.10а), так и на отдельных участках, в частности, на держателе, как изображено на Фиг.10b, образуя при этом верхнюю апертуру 16 (в отличие от нижней апертуры 15).

Один из вариантов реализации настоящего изобретения предусматривает наличие на поверхности зонда (под непрозрачным или частично непрозрачным покрытием) слоя 17 (Фиг.11а) (например, с обратной стороны) или 18 (Фиг.11b) - на лицевой стороне. В одном случае этим слоем выбирается люминесцирующий слой как источник излучения, поверх которого может быть нанесен непрозрачный для одного излучения слой (отражающий его) и прозрачный для другого излучения или потока частиц. В другом случае: слой из материала, способного усиливать падающее на него излучение. Таким излучением, например, может являться излучение, генерируемое самим образцом под воздействием соответствующего возбудителя или без такого. Это необходимо для того, чтобы сперва усилить излучение, попавшее в нижнюю апертуру для его распространения в прозрачном теле зонда или в прозрачном поверхностном слое, а затем, еще раз усилить, при его выходе из указанных прозрачных участков распространения. Как для обеспечения генерации излучения, так и для реализации усиления излучения в данной конструкции предусмотрена возможность обеспечения разности потенциалов между проводящими покрытиями 14 и 14а, а также между указанными покрытиями и материалом зонда, в случае, если он изготовлен из проводящего материала.

Настоящее изобретение предусматривает также возможность наличия вблизи нижней апертуры на вершине острия 15 (Фиг 12а) материала 19 с показателем преломления, отличным от показателя преломления материала 13, по которому распространяется излучение 20 в зонде. В частности, этим материалом может служить тот же кремний, из которого изготовлен зонд. Причем в такой конструкции излучение 20, распространяющееся в зонде по окисному слою 13 перед его прохождением через нижнюю апертуру 15, проходит через кремний 19, как через материал с большим показателем преломления, чем у окисного слоя 13. Наряду с описанным вариантом конструкции в настоящем изобретении предлагается и другая конструкция, изображенная на Фиг.9b. Здесь на поверхности острия, выполненного из прозрачного для излучения материала, имеется слой 22 с иным показателем преломления. Он находится между материалом самого острия 10 и непрозрачным слоем 14, образующим нижнюю апертуру 15. Подбор размера апертуры, материала и размера участка этого материала с показателем преломления, отличным от показателя преломления среды распространения излучения в зонде, через который должна пройти волна излучения, являются решающими элементами для получения оптимального поперечного размера пучка излучения 21 при его прохождении через нижнюю апертуру 15. Для целей оптимизации решения такой задачи в настоящем изобретении предложено размещение