JPH04350510A - Cantilever-type probe and driving method therefor, multi--probe unit, information processing device, interatomic force microscope, and scanning-type tunnel microscope - Google Patents
Cantilever-type probe and driving method therefor, multi--probe unit, information processing device, interatomic force microscope, and scanning-type tunnel microscopeInfo
- Publication number
- JPH04350510A JPH04350510A JP3149323A JP14932391A JPH04350510A JP H04350510 A JPH04350510 A JP H04350510A JP 3149323 A JP3149323 A JP 3149323A JP 14932391 A JP14932391 A JP 14932391A JP H04350510 A JPH04350510 A JP H04350510A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- probe
- electrode
- piezoelectric
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 246
- 230000010365 information processing Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 46
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 22
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 16
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 54
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 47
- 239000010408 film Substances 0.000 description 35
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 31
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 13
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 7
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 229910003818 SiH2Cl2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010399 physical interaction Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LPZOCVVDSHQFST-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]-3-ethylpyrazol-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C=1C(=NN(C=1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2)CC LPZOCVVDSHQFST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910014299 N-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017920 NH3OH Inorganic materials 0.000 description 1
- DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N Nicotinamide Chemical group NC(=O)C1=CC=CN=C1 DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003910 SiCl4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 125000005462 imide group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、物質の表面を高分解で
観察できる、あるいは記録媒体間での情報の入出力に携
わるプローブ（探針）を自由端部に有したカンチレバー
型プローブに係るものであり、さらにはその駆動方法、
それを用いた情報処理装置及び原子間力顕微鏡等に関す
る。[Industrial Application Field] The present invention relates to a cantilever type probe that has a probe at its free end that is capable of observing the surface of a substance with high resolution or is involved in inputting and outputting information between recording media. and how it is driven.
The present invention relates to an information processing device, an atomic force microscope, etc. using the same.
【０００２】0002
【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観測できる走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴ
Ｍと略す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔａｌ
．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９（１９８２）５
７）、単結晶、非晶質を問わず実空間像を著しく高い分
解能（ナノメートル以下）で測定できるようになった。[Prior Art] In recent years, scanning tunneling microscopes (hereinafter referred to as ST), which can directly observe the electronic structure of surface atoms of conductors, have been
M) was developed (G. Binnig et al.
．． , Phys. Rev. Lett. 49 (1982) 5
7) It has become possible to measure real space images of both single crystal and amorphous materials with extremely high resolution (nanometers or less).
【０００３】かかるＳＴＭは、金属のプローブと導電性
物質の間に電圧を加えて、１ｎｍ程度の距離まで近づけ
るとトンネル電流が流れることを利用している。この電
流は両者の距離変化に非常に敏感で指数関数的に変化す
るので、トンネル電流を一定に保つようにプローブを走
査することにより、実空間の表面構造を原子オーダの分
解能で観察することができる。[0003] Such STM utilizes the fact that a tunnel current flows when a voltage is applied between a metal probe and a conductive substance and the probe is brought close to a distance of about 1 nm. This current is very sensitive to changes in the distance between the two and changes exponentially, so by scanning the probe while keeping the tunneling current constant, it is possible to observe the surface structure in real space with atomic resolution. can.
【０００４】しかし、かかるＳＴＭによる解析では導電
性のサンプルに限られ、絶縁性のサンプルの観察にはむ
かないという欠点がある。そこで、新たに原子間力顕微
鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｅ；以後ＡＦＭと略す）というアイデアが提唱された
（Ｂｉｎｎｉｇ他Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．５６（
１９８６）９３０参照）。かかるＡＦＭは、物質間に働
く力によって物質表面の形状を２次元的に観察するもの
であり、ＳＴＭと異なり電気伝導性のない材料表面や有
機分子がナノメートルオーダーで観察できることから、
広範な応用が期待されている。However, such STM analysis has the disadvantage that it is limited to conductive samples and is not suitable for observing insulating samples. Therefore, we newly developed an atomic force microscope (Atomic Force Microscope).
pe; hereafter abbreviated as AFM) was proposed (Binnig et al. Phys. Rev. Lett. 56 (
(1986) 930). Such AFM observes the shape of the surface of a material two-dimensionally by the force acting between the materials, and unlike STM, it can observe the surface of materials with no electrical conductivity and organic molecules on the nanometer order.
A wide range of applications are expected.
【０００５】このＡＦＭは、先端径の小さなプローブ（
探針）を持つカンチレバー部と、このカンチレバーの曲
がりを測定する変位測定部から構成される。また、この
プローブは、カンチレバーの自由端にカンチレバー本体
とは別個に作製される場合や、カンチレバー自体を試料
面に傾斜配置することによりカンチレバーの自由端をプ
ローブとして用いる場合等がある。This AFM uses a probe with a small tip diameter (
It consists of a cantilever section with a probe) and a displacement measurement section that measures the bending of this cantilever. Further, the probe may be fabricated at the free end of the cantilever separately from the cantilever body, or the free end of the cantilever may be used as a probe by arranging the cantilever itself at an angle to the sample surface.
【０００６】一般に、物質表面間においては、比較的遠
距離においては分散力による微弱な引力が、近距離では
斥力が働く。カンチレバーの曲がりは、この作用する力
に比例するので、この曲がりを測定することによってプ
ローブ先端とこれに数ｎｍ以内に近接する試料表面間に
働く微弱で局所的な力を検出することが可能となる。さ
らに、試料を走査することで試料表面の力の２次元的情
報が得られる。Generally, between material surfaces, a weak attractive force due to dispersion force acts at a relatively long distance, and a repulsive force acts at a short distance. The bending of the cantilever is proportional to the force acting on it, so by measuring this bending, it is possible to detect the weak, local force that acts between the probe tip and the sample surface within a few nanometers. Become. Furthermore, by scanning the sample, two-dimensional information on the force on the sample surface can be obtained.
【０００７】さらに、カンチレバーの曲がりを一定にす
るようにフィードバックをかけながら走査することによ
り、試料表面の微小な凹凸形状を観察できる。Furthermore, by scanning while applying feedback to keep the bending of the cantilever constant, minute irregularities on the surface of the sample can be observed.
【０００８】引力モードによるＡＦＭでの分解能は、水
平方向で１０ｎｍ程度であり、試料表面に１０ｎｍ程度
の間隔で凹凸を作製し、それをＡＦＭで読み出すことに
よって、１０１２ビット／ｃｍ２近い超高密度のメモリ
を作製することも可能である。[0008] The resolution of AFM using gravity mode is about 10 nm in the horizontal direction, and by creating irregularities on the sample surface at intervals of about 10 nm and reading them out with AFM, an ultra-high density of nearly 1012 bits/cm2 can be obtained. It is also possible to create memories.
【０００９】しかし、かかるカンチレバーの変位の検出
感度を上げるためには、弾性定数が非常に小さいカンチ
レバーにしなければならない。一方、除振台を用いた装
置では走査系の掃引周波数と防振の点から、カンチレバ
ーの共振周波数を低くすることはできない。特に、記録
再生等を行う情報処理装置に応用する際にはこれは必須
の条件である。However, in order to increase the detection sensitivity of such cantilever displacement, the cantilever must have a very small elastic constant. On the other hand, in a device using a vibration isolation table, the resonance frequency of the cantilever cannot be lowered from the viewpoint of the sweep frequency of the scanning system and vibration isolation. In particular, this is an essential condition when applied to an information processing device that performs recording and reproduction.
【００１０】また、近年にあっては記録再生装置におけ
るデータの記録容量は年々大きくなる傾向があり、記録
単位の大きさは小さく記録密度は高くなっている。例え
ば光記録によるディジタル・オーディオ・ディスクにお
いては記録単位の大きさは１μｍ２程度にまで及んでい
る。その背景には、メモリ材料開発の活発化があり、有
機色素・フォトポリマーなどの有機薄膜を用いた安価で
高密度な記録媒体が登場している。Furthermore, in recent years, the data recording capacity of recording and reproducing devices has tended to increase year by year, and the recording unit size has become smaller and the recording density has become higher. For example, in a digital audio disk based on optical recording, the size of a recording unit is about 1 μm2. Behind this is the active development of memory materials, and inexpensive, high-density recording media using organic thin films such as organic dyes and photopolymers have appeared.
【００１１】かかる装置において、前述カンチレバー型
プローブを用いて記録再生を行う場合、プローブと記録
媒体との距離をオングストロームオーダーで制御するこ
と、及び記録媒体上に２次元に配列した情報を記録再生
するために、プローブの２次元走査を数１０オングスト
ロームオーダーで制御することの２点が重要である。さ
らに、記録再生システムの機能向上、特に高速化の観点
から多数のプローブを同時に駆動すること（プローブの
マルチ化）が提案されている。つまり、多数のプローブ
が配置された面積内で上記の精度でプローブと記録媒体
の相対位置を３次元的に制御しなければならない。In such an apparatus, when recording and reproducing using the cantilever probe described above, it is necessary to control the distance between the probe and the recording medium on the order of angstroms, and to record and reproduce information arranged two-dimensionally on the recording medium. Therefore, two important points are that the two-dimensional scanning of the probe be controlled on the order of several tens of angstroms. Further, from the viewpoint of improving the functionality of the recording/reproducing system, particularly increasing the speed, it has been proposed to drive a large number of probes simultaneously (multiple probes). In other words, the relative positions of the probes and the recording medium must be three-dimensionally controlled with the above-mentioned accuracy within an area where a large number of probes are arranged.
【００１２】しかしながら、従来例のカンチレバーでは
、数Ｖ程度の小さな電圧での圧電力のみによる駆動で、
ミクロンオーダーの変位を取り出すことができるが、こ
のことは逆に、ＳＴＭによって試料表面の走査を行う際
、オングストロームオーダーの制御をするには１００μ
Ｖ程度の電源の制御が必要となる。従って、マルチプロ
ーブ型にする際、試料表面と各プローブ間隔を１ナノメ
ーター程度に揃え、かつ各プローブを走査するには数Ｖ
印加した上で１００μＶの制御を行わなければならず、
外来ノイズ、電源自体のノイズ等の影響を鑑みれば非常
に困難である。However, the conventional cantilever is driven only by piezoelectric force at a small voltage of several volts.
Displacements on the order of microns can be extracted, but this means that when scanning the sample surface with STM, it is necessary to control displacements on the order of angstroms.
It is necessary to control a power supply of about V. Therefore, when using a multi-probe type, it is necessary to align the distance between the sample surface and each probe to about 1 nanometer, and to scan each probe by several V.
It is necessary to control the voltage by 100μV after applying it.
This is extremely difficult considering the effects of external noise, noise from the power supply itself, etc.
【００１３】上記問題点に対して、圧電力駆動のカンチ
レバーと静電駆動部をシーソー型に配置したものが考え
られるが、マルチプローブ型の集積化には不利である。[0013] In order to solve the above problem, it is conceivable to arrange the piezoelectrically driven cantilever and the electrostatic drive unit in a seesaw shape, but this is disadvantageous for multi-probe type integration.
【００１４】また、上記従来例のカンチレバーをＳｉ基
板上に集積化して面内に多数個設けた場合、カンチレバ
ー一本一本の高さが異なるという問題がある。これは、
圧電体薄膜や電極薄膜の形成の際、通常スパッタリング
や蒸着法が用いられるが、これらの薄膜形成時の面内の
不均一性によるものである。この不均一性から生じる内
部応力や膜厚の違い等から、面内に均一にカンチレバー
の高さを揃えることは非常に困難である。これを記録再
生装置に用いた場合、各カンチレバー部の圧電部分に一
定の高さになるようバイアス電圧を加えなければならな
い。Furthermore, when the conventional cantilevers described above are integrated on a Si substrate and a large number of them are provided within a plane, there is a problem that the heights of the individual cantilevers are different. this is,
When forming piezoelectric thin films and electrode thin films, sputtering and vapor deposition methods are usually used, but this is due to in-plane non-uniformity when forming these thin films. Due to internal stress caused by this non-uniformity, differences in film thickness, etc., it is extremely difficult to uniformly align the heights of the cantilevers within the plane. When this is used in a recording/reproducing device, a bias voltage must be applied to the piezoelectric portion of each cantilever portion to maintain a constant height.
【００１５】しかし、カンチレバー一本で稼動できる範
囲は±１０μｍ程度であるから、これ以上の反りがある
と、補正ができない。また、仮に補正できたとしても、
各カンチレバー部に独立のバイアス電源が必要となり、
制御系回路も複雑になり、規模が大きくなってしまう。However, since the range in which a single cantilever can operate is approximately ±10 μm, if the warpage exceeds this range, it cannot be corrected. Moreover, even if it could be corrected,
An independent bias power supply is required for each cantilever section,
The control system circuit also becomes complicated and the scale increases.
【００１６】さらに、記録再生装置等において、データ
ー転送速度、及びデーター記録速度を向上させるといっ
た面からも、プローブの数を増やす必要がある。この際
、プローブと記録媒体との間隔を調整しつつ、記録デー
ター列上をプローブが走行する必要がある。しかしなが
ら、記録したデーター列の幅が非常に細く、装置の温度
変化によるドリフト、あるいは外部からの振動などの影
響により、プローブがデーター列からはずれて安定した
記録再生ができなくなる。更に、１つのプローブをデー
ター列に添って走査させると他のプローブがデーター列
からはずれてしまうこととなる。Furthermore, in recording/reproducing apparatuses, etc., it is necessary to increase the number of probes in order to improve data transfer speed and data recording speed. At this time, it is necessary to move the probe over the recording data string while adjusting the distance between the probe and the recording medium. However, the width of the recorded data string is very narrow, and due to drift due to temperature changes in the device or external vibrations, the probe may deviate from the data string, making stable recording and reproduction impossible. Furthermore, if one probe is scanned along a data string, other probes will be deviated from the data string.
【００１７】これを解決するために図２９の様な圧電体
７１と電極７２を積層し圧電体を４ブロックに分け、３
軸駆動が可能な自由端側にトンネル電流を検知するプロ
ーブ７３を要するカンチレバー型プローブが提案されて
いる。かかる構成によれば、図３０（ａ），（ｂ），（
ｃ）に示す様に各電極間に適当なバイアスをかけること
によりＸ，Ｙ，Ｚ軸の各々単独での駆動は可能であるが
、特にＸ，Ｙ軸の変位量は小さい。例えば、圧電体にＺ
ｎＯを使用し、その微小変位素子の厚さを５μｍ、長さ
を１０００μｍ、幅を２００μｍとしたとき、１０Ｖ印
加で、その変位量は、Ｘ軸で約２００ｎｍ、Ｙ軸で約２
０ｎｍ、Ｚ軸で約７５００ｎｍである。Ｚ軸は充分なス
トロークをもつが、記録面の走査方向、すなわちＸＹ軸
のストロークが大きいとはいえない。このようなカンチ
レバー型プローブにおいて、広域なＳＴＭによる記録再
生装置に用いるには、媒体側のＸＹステージによる微動
駆動が必要であった。In order to solve this problem, piezoelectric material 71 and electrode 72 are laminated as shown in FIG. 29, and the piezoelectric material is divided into four blocks.
A cantilever probe has been proposed that requires a probe 73 for detecting tunneling current on the free end side that can be driven axially. According to this configuration, FIGS. 30(a), (b), (
As shown in c), by applying an appropriate bias between each electrode, it is possible to drive each of the X, Y, and Z axes independently, but the amount of displacement in the X and Y axes is particularly small. For example, Z
When nO is used and the thickness of the minute displacement element is 5 μm, the length is 1000 μm, and the width is 200 μm, when 10 V is applied, the displacement amount is approximately 200 nm on the X axis and approximately 2 on the Y axis.
0 nm, and about 7500 nm on the Z axis. Although the Z-axis has a sufficient stroke, it cannot be said that the stroke in the scanning direction of the recording surface, that is, the XY-axis, is large. In order to use such a cantilever type probe in a wide-area STM recording/reproducing device, fine movement driving by an XY stage on the medium side is required.
【００１８】また、カンチレバーの作製においてバイモ
ルフ構成をとっているため工程数も複雑で、厚さ方向の
積層数も多いことから、薄膜のカンチレバーが膜中の内
部応力のために反ってしまう問題があった。また、内部
応力の面内分布のために、前述のようにマルチ化すると
、それぞれの反り量がまばらになってしまう。[0018] Furthermore, since the bimorph structure is used to fabricate the cantilever, the number of steps is complicated, and the number of laminated layers in the thickness direction is large, so there is a problem that the thin film cantilever may warp due to internal stress in the film. there were. Furthermore, due to the in-plane distribution of internal stress, when multilayered as described above, the amount of warpage of each layer becomes sparse.
【００１９】[0019]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、■．カンチ
レバー型プローブにおける、その検出感度の向上及びそ
の共振現象の回避等を同時に満足し得る構成を達成する
点、
■．カンチレバー型プローブを同一平面内にマルチ配列
して用いる際の、各々のプローブ高さのばらつきを取り
除くような構成を簡便な手段にて達成する点、■．カン
チレバー型プローブの駆動変位に関し、特にその基板面
に平行方向、すなわちＸＹ平面での変位量を大きくし得
る構成を達成する点、等にあり、さらに、かかるカンチ
レバー型プローブを具備した情報処理装置、原子間力顕
微鏡及び走査型トンネル顕微鏡等を提供することにある
。Problems to be Solved by the Invention In view of the problems of the prior art described above, the problems to be solved by the present invention are: (1). Achieving a configuration that simultaneously improves the detection sensitivity and avoids the resonance phenomenon of a cantilever probe; ①. When multiple cantilever probes are arranged on the same plane, a configuration that eliminates variations in the height of each probe can be achieved by a simple means; (1). Regarding the driving displacement of the cantilever type probe, the present invention is aimed at achieving a configuration that can increase the amount of displacement particularly in the direction parallel to the substrate surface, that is, in the XY plane, and furthermore, an information processing device equipped with such a cantilever type probe, Its purpose is to provide atomic force microscopes, scanning tunneling microscopes, etc.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的は、以
下の構成により達成される。[Means and operations for solving the problems] The above object is achieved by the following configuration.
【００２１】第１に、カンチレバー（片持ばり）形状を
有する弾性変形部と該弾性変形部の先端に例えば物理的
相互作用によって情報入力を行うプローブ（情報入力部
）を有するカンチレバー型プローブにおいて、該カンチ
レバーの長手方向に直交する面での断面形状を変化させ
るための少なくとも一層の圧電体と該圧電体に電圧を印
加するための少なくとも一組の電極とを具備したカンチ
レバー型プローブ、によって達成される。First, a cantilever type probe has an elastically deformable portion having a cantilever shape and a probe (information input portion) for inputting information by physical interaction, for example, at the tip of the elastically deformable portion. A cantilever type probe comprising at least one layer of piezoelectric material for changing the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever and at least one set of electrodes for applying voltage to the piezoelectric material. Ru.
【００２２】さらに、上記カンチレバー型プローブを用
いた原子間力顕微鏡、情報処理装置、によっても達成す
ることができる。Furthermore, it can also be achieved by an atomic force microscope or an information processing device using the above cantilever probe.
【００２３】以下、図１〜図４に基づいて、本発明の構
成及び作用を説明する。The structure and operation of the present invention will be explained below based on FIGS. 1 to 4.
【００２４】図１において、１がカンチレバー、２が原
子間力等を検出するためのプローブ（探針）である。図
示するように、断面が変形していない状態（実線）に比
例して、断面がわん曲している状態（点線）では、同じ
力が作用した時の先端の変位量が小さい（大きい矢印と
小さい矢印との比較）。つまり、断面がわん曲している
方が弾性定数が大きくなる。In FIG. 1, 1 is a cantilever, and 2 is a probe for detecting atomic force and the like. As shown in the figure, when the cross section is curved (dotted line) in proportion to the undeformed state (solid line), the amount of displacement at the tip when the same force is applied is small (as indicated by the large arrow). (Compare with small arrow). In other words, the elastic constant becomes larger when the cross section is curved.
【００２５】図２（ａ）に示すのは、カンチレバー１の
長手方向に直交する面での断面図であり、幅ａ及び曲げ
方向の厚さｂの場合の変形前の断面２次モーメントＩ０
は数式１のようになる。FIG. 2(a) is a cross-sectional view of the cantilever 1 taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction, and shows the moment of inertia I0 of the cantilever 1 before deformation when the width is a and the thickness in the bending direction is b.
becomes as shown in Equation 1.
【００２６】[0026]
【数１】
次に、図２（ｂ）に示すように、長手方向のｘ点におけ
る断面が角度θだけわん曲した場合の断面２次モーメン
トＩｘは[Equation 1] Next, as shown in Fig. 2(b), when the cross section at point x in the longitudinal direction is curved by an angle θ, the second moment of inertia Ix of the area is
【００２７】[0027]
【数２】
ここで、例えば、ａ＝１００μｍ，ｂ＝２μｍのカンチ
レバーの場合について考察してみると、Ｉ０＝６．７×
１０−２３（ｍ４）となり、一方、θ＝１０°わん曲し
た場合は、
Ｉｘ＝１．５×１０−２２（ｍ４）＝２．３Ｉ０となる
。この場合、わん曲したカンチレバーのＩｘが全域にお
いて一定として近似すると、かかるカンチレバー（図２
（ｂ））の共振周波数はわん曲しない場合（図２（ａ）
）の約１．５倍、弾性定数（Ｎ／ｍ）は約２．３倍とな
る。なお、先端の変位量（ｄ）は約２μｍである。[Formula 2] For example, if we consider the case of a cantilever with a=100μm and b=2μm, I0=6.7×
10-23 (m4), and on the other hand, when θ = 10 degrees, Ix = 1.5 x 10-22 (m4) = 2.3I0. In this case, if Ix of the curved cantilever is approximated as constant over the entire region, then the cantilever (Fig. 2
The resonant frequency of (b)) is the case when there is no bending (Fig. 2 (a)).
), and the elastic constant (N/m) is approximately 2.3 times. Note that the displacement amount (d) of the tip is approximately 2 μm.
【００２８】次に、カンチレバー１の断面を変形させる
手段について、図３に基づき説明する。本図中、３は基
板、４は圧電体、５，６，７は電極、８は圧電体変形用
電源である。ここで、電極５，６、および電極５，７の
間に同じ電圧を印加することにより、圧電体４が膨張し
ようとするが、基板３により拘束されているため図中点
線のように変形することになる。Next, means for deforming the cross section of the cantilever 1 will be explained based on FIG. 3. In this figure, 3 is a substrate, 4 is a piezoelectric body, 5, 6, and 7 are electrodes, and 8 is a power source for deforming the piezoelectric body. Here, by applying the same voltage between the electrodes 5 and 6 and between the electrodes 5 and 7, the piezoelectric body 4 tries to expand, but since it is restrained by the substrate 3, it deforms as shown by the dotted line in the figure. It turns out.
【００２９】別の構成による場合を図４に基づいて説明
する。本図中、９，１０は圧電体、１１，１２，１３，
１４，１５は電極、８は圧電体変形用電源である。圧電
体９，１０の分極方向が揃っている場合、電極１１と１
２，１３，１４，１５の間に同じ電圧を印加することに
より、圧電体９は収縮し、圧電体１０は膨張し、結局図
中点線のように変形することになる。A case of another configuration will be explained based on FIG. 4. In this figure, 9, 10 are piezoelectric materials, 11, 12, 13,
14 and 15 are electrodes, and 8 is a power source for piezoelectric material deformation. When the polarization directions of the piezoelectric bodies 9 and 10 are aligned, the electrodes 11 and 1
By applying the same voltage between 2, 13, 14, and 15, the piezoelectric body 9 contracts and the piezoelectric body 10 expands, resulting in deformation as shown by the dotted line in the figure.
【００３０】以上述べたように、カンチレバーが少なく
とも一層の圧電体を有し、該圧電体の変形によって、カ
ンチレバーの断面を変形させることができ、それによっ
てカンチレバーの弾性定数を変化させることができる。As described above, the cantilever has at least one layer of piezoelectric material, and by deforming the piezoelectric material, the cross section of the cantilever can be deformed, thereby changing the elastic constant of the cantilever.
【００３１】これにより、共振周波数が高く、かつ、測
定される試料に応じて幅広いレンジで弾性定数を変化さ
せることが可能で、かつ、ＡＦＭ系全体の作製が容易と
なり、さらに、高性能なＡＦＭ、情報処理装置を提供す
ることができる。[0031] As a result, the resonant frequency is high, the elastic constant can be changed over a wide range depending on the sample to be measured, and the entire AFM system can be manufactured easily. , an information processing device can be provided.
【００３２】次に、前記目的を達成できる第２の構成は
、カンチレバー形状を有する弾性変形部と該弾性変形部
の先端に例えば物理的相互作用によって情報入力を行う
プローブ（情報入力部）を有するカンチレバー型プロー
ブの駆動方法において、該カンチレバーが少なくとも一
層の圧電体と、該圧電体に電界を印加するための少なく
とも一組の電極とを具備し、かつ、該カンチレバーと該
カンチレバーの支持台との間で平行平板型コンデンサを
構成しており、該平行平板型コンデンサに電圧を印加す
ることにより粗動を行い、該圧電体に電界を印加するこ
とにより微動を行い、かつ、該粗動及び微動の変位方向
が同一になるようにするカンチレバー型プローブの駆動
方法、としている点にある。Next, a second configuration capable of achieving the above object includes an elastic deformation section having a cantilever shape and a probe (information input section) for inputting information by physical interaction, for example, at the tip of the elastic deformation section. In the method for driving a cantilever type probe, the cantilever includes at least one layer of piezoelectric material and at least one set of electrodes for applying an electric field to the piezoelectric material, and the cantilever and a support for the cantilever are provided. A parallel plate type capacitor is formed between the parallel plate type capacitor, coarse movement is performed by applying a voltage to the parallel plate type capacitor, fine movement is performed by applying an electric field to the piezoelectric body, and the coarse movement and fine movement are performed. The method of driving the cantilever probe is such that the displacement directions of the probes are the same.
【００３３】また、かかる駆動方法を用いる走査型トン
ネル顕微鏡、あるいは情報処理装置によっても、上記目
的は達成される。The above object can also be achieved by a scanning tunneling microscope or an information processing device using such a driving method.
【００３４】本発明のポイントは、粗動については大電
圧かつ安定した制御のできる静電力で行い、微動につい
ては小電圧かつ安定した制御のできる電圧力で行う点で
ある。The key point of the present invention is that coarse movement is performed using electrostatic force that can be controlled at a large voltage and stably, and fine movement is performed using a voltage force that is small and that can be controlled stably.
【００３５】以下、図５〜図７に基づいて本発明の構成
及び作用を説明する。The structure and operation of the present invention will be explained below based on FIGS. 5 to 7.
【００３６】図５に示すように、支持台１６のカンチレ
バーと対向する部分に静電駆動電圧印加のための電極１
７が設けられており、カンチレバーは絶縁体１９、圧電
体２１及び静電駆動のための電極１８、圧電体駆動のた
めの電極２０、トンネル電流検出用プローブ２、トンネ
ル電流引き出し電極２２より構成される。尚、２３は電
流電圧変換増幅器、２４は信号出力、２５は圧電体駆動
用交流電源、２６は静電駆動用直流電源であり、これは
低周波高電圧電源であってもよい。As shown in FIG. 5, an electrode 1 for applying an electrostatic drive voltage is provided on a portion of the support base 16 facing the cantilever.
7 is provided, and the cantilever is composed of an insulator 19, a piezoelectric body 21, an electrode 18 for electrostatic drive, an electrode 20 for piezoelectric drive, a tunnel current detection probe 2, and a tunnel current extraction electrode 22. Ru. Note that 23 is a current-voltage conversion amplifier, 24 is a signal output, 25 is an AC power source for driving the piezoelectric body, and 26 is a DC power source for electrostatic drive, which may be a low frequency high voltage power source.
【００３７】ここで、電極１７，１８間のギャップを数
１０μｍ程度、カンチレバーの寸法を数１００μｍ×数
１０μｍ程度とすると、電極１７，１８間に数１０〜１
００Ｖの電圧を印加することで、カンチレバーの先端は
数μｍ程度変位する。この際、電源２６の安定度は数１
０〜１００Ｖ±１０ｍＶ程度なので、変位のゆらぎは１
オングストローム程度になる。Here, if the gap between the electrodes 17 and 18 is about several tens of micrometers, and the dimensions of the cantilever are about several hundred micrometers by several tens of micrometers, then the gap between the electrodes 17 and 18 is about several tens of micrometers.
By applying a voltage of 00V, the tip of the cantilever is displaced by approximately several μm. At this time, the stability of the power supply 26 is several 1
Since it is about 0 to 100V ± 10mV, the displacement fluctuation is 1
It will be about angstrom.
【００３８】次に、圧電体２１に１Ｖ印加した時のカン
チレバーの先端の変位が１０００オングストローム程度
になるようにカンチレバーを形成しておくことにより、
圧電体２１に数ｍＶ〜数１００ｍＶの電圧を印加するこ
とで１〜１００オングストローム程度の変位量を得る。
つまり、２種類の駆動力を合わせることによりミクロン
オーダーの変位が可能で、オングストロームオーダーの
制御が可能となる。特に、複数のプローブを使用する記
録再生等を行う情報処理装置等においては、各プローブ
と記録媒体との間隔を揃えるにあたり、数ミクロン定常
的に変位させた上で、オングストローム程度の変調をか
けるようになるので、上記の方法は有効である。かかる
内容を図示すると、図６のようになる。Next, by forming the cantilever so that the displacement of the tip of the cantilever when 1V is applied to the piezoelectric body 21 is about 1000 angstroms,
By applying a voltage of several mV to several 100 mV to the piezoelectric body 21, a displacement of about 1 to 100 angstroms is obtained. In other words, by combining the two types of driving forces, displacement on the micron order is possible, and control on the angstrom order is possible. In particular, in information processing equipment that performs recording and reproduction using multiple probes, when aligning the distance between each probe and the recording medium, it is necessary to constantly displace the probes by a few microns and then apply modulation to the order of angstroms. Therefore, the above method is effective. This content is illustrated in FIG. 6.
【００３９】上記の例では、静電駆動用電極と圧電駆動
用電極が別々であったが、同一の電極を共用してもよい
。図７にその例を示す。本図中、電極２７は接地され、
静電駆動、圧電駆動に共用される。In the above example, the electrostatic drive electrode and the piezoelectric drive electrode are separate, but the same electrode may be used in common. An example is shown in FIG. In this figure, the electrode 27 is grounded,
Commonly used for electrostatic drive and piezoelectric drive.
【００４０】以上述べたような構成によれば、ミクロン
オーダーの変位が可能で、かつオングストロームオーダ
ーの制御性を有するので、集積化が容易になり、高性能
なＳＴＭ、情報処理装置を提供することができる。[0040] According to the above-described configuration, displacement on the order of microns is possible and controllability on the order of angstroms is achieved, so integration is easy and high-performance STM and information processing equipment can be provided. Can be done.
【００４１】次に、前記目的を達成できる第３の構成は
、圧電体効果にて変位するカンチレバー型プローブを同
一面内に複数設け、該複数のカンチレバーの各々に対し
て、その反り量を静電効果により独立に位置補正する機
構を設けたマルチプローブ、としている点にある。Next, a third configuration that can achieve the above object is to provide a plurality of cantilever type probes that are displaced by the piezoelectric effect in the same plane, and to statically adjust the amount of warpage of each of the plurality of cantilevers. The point is that it is a multi-probe equipped with a mechanism for independently correcting the position using electric effects.
【００４２】すなわち、トンネル電流読み出し用の駆動
方法は圧電体による電歪効果を用い、面内の高さの平面
保持は静電効果による駆動方法を用いるものである。こ
の構成により、予め、複数のカンチレバーの反り量を独
立に一本一本静電気により、高さを揃え、面内の不均一
性を補償するものである。That is, the driving method for reading out the tunnel current uses the electrostrictive effect of the piezoelectric material, and the driving method using the electrostatic effect is used to maintain the in-plane height. With this configuration, the amount of warpage of a plurality of cantilevers is independently adjusted one by one by static electricity to equalize the height in advance, thereby compensating for in-plane non-uniformity.
【００４３】以下、図８に基づいて本発明に係るマルチ
プローブユニットを説明する。図示するように、本発明
はＳｉ基板２８上に、電極３４、誘電体３０、電極２９
、圧電体３１、電極２９の順に積層構成されたカンチレ
バーと、ガラス基板３２の上でカンチレバーの背面下方
に電極３３をはり合わせたものにより構成される。２は
トンネル電流検出用プローブである。このようなカンチ
レバー型プローブをＳｉ基板上に複数個形成し、トンネ
ル電流を検知することによって記録，再生を行うもので
ある。The multi-probe unit according to the present invention will be explained below based on FIG. As shown in the figure, the present invention includes an electrode 34, a dielectric 30, an electrode 29 on a Si substrate 28.
, a piezoelectric body 31 , and an electrode 29 are laminated in this order, and an electrode 33 is attached to the lower back surface of the cantilever on a glass substrate 32 . 2 is a tunnel current detection probe. A plurality of such cantilever probes are formed on a Si substrate, and recording and reproduction are performed by detecting tunnel current.
【００４４】ここで、高さを揃えるためには、電極３３
，３４間に電界を加え、あらかじめ静電荷を蓄わえてお
き寸法を調整する。こうして面内の高さを揃えた後、ト
ンネル電流検知時の高さ方向の微少動作は圧電体を用い
る。[0044] Here, in order to make the heights uniform, the electrodes 33
, 34 to store static charge in advance and adjust the dimensions. After aligning the in-plane heights in this way, a piezoelectric material is used for minute movements in the height direction during tunnel current detection.
【００４５】次に、前記目的を達成できる第４の構成は
、圧電体効果にて変位するカンチレバー型プローブをＳ
ｉ基板４５上に形成される複数の短冊状電極４６の上方
に保持し、前記短冊状電極４６に電圧を加える手段によ
り、静電効果にて前記カンチレバーをその幅方向に駆動
し得るカンチレバー型プローブ、としている点にある（
図９参照）。Next, in a fourth configuration that can achieve the above object, a cantilever type probe that is displaced by the piezoelectric effect is
A cantilever-type probe that is held above a plurality of strip-shaped electrodes 46 formed on an i-substrate 45 and that can drive the cantilever in its width direction by electrostatic effect by means of applying voltage to the strip-shaped electrodes 46. , (
(See Figure 9).
【００４６】また、前記静電効果にて駆動し得る手段が
、カンチレバーの幅方向にそれを固有振動させる手段と
することによっても前記目的は達成される。The above object can also be achieved by using the means capable of driving by the electrostatic effect as means for causing natural vibration in the width direction of the cantilever.
【００４７】さらに、前記カンチレバー型プローブを複
数個、記録媒体と対向配置し、該カンチレバー型プロー
ブの各々に、圧電体を駆動させる手段と該駆動手段を制
御する制御手段とを設け、かつ、記録媒体とプローブと
の間に印加しうる情報の記録又は再生用バイアス電圧印
加回路を備えた情報処理装置、として前記目的を達成す
ることもできる。Further, a plurality of the cantilever type probes are arranged facing the recording medium, and each of the cantilever type probes is provided with means for driving the piezoelectric body and a control means for controlling the driving means, and The above object can also be achieved as an information processing apparatus equipped with a bias voltage application circuit for recording or reproducing information that can be applied between a medium and a probe.
【００４８】[0048]
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。EXAMPLES The present invention will be explained in detail below using examples.
【００４９】（実施例１）本実施例では、図３に示すよ
うな断面形状を有する、本発明に係るカンチレバー型プ
ローブについて説明する。先ず、図１０に基づいて、本
実施例のカンチレバーの製造工程を説明する。厚さ２５
０μｍのＳｉ（１００）基板１０１上に、ＬＰ−ＣＶＤ
法によりシリコン窒化膜１０２，１０３を１μｍ積層し
、フォトリソグラフィーによりパターニングし、エッチ
ングマスクとする。次に、Ａｕ電極１０５を１０００オ
ングストローム積層し、パターニングした。さらに、Ｒ
Ｆスパッタ法によりＺｎＯ膜１０４を１μｍ積層し、パ
ターニングした。その上部にＡｕ電極１０６を１０００
オングストローム積層し、パターニングした（図１０（
ａ））。続いて、蒸着法によりタングステンの探針（プ
ローブ）１０７を作製した（図１０（ｂ））。最後に、
ＫＯＨ液によるＳｉの異方性エッチングを行い、カンチ
レバーを作製した（図１０（ｃ））。(Embodiment 1) In this embodiment, a cantilever type probe according to the present invention having a cross-sectional shape as shown in FIG. 3 will be described. First, the manufacturing process of the cantilever of this example will be explained based on FIG. thickness 25
LP-CVD on a 0 μm Si (100) substrate 101
Silicon nitride films 102 and 103 are stacked to a thickness of 1 .mu.m by a method, and patterned by photolithography to serve as an etching mask. Next, an Au electrode 105 of 1000 angstroms was laminated and patterned. Furthermore, R
A ZnO film 104 was deposited to a thickness of 1 μm by F sputtering and patterned. An Au electrode 106 is placed on top of the
Angstrom layers were laminated and patterned (Fig. 10(
a)). Subsequently, a tungsten probe 107 was produced by a vapor deposition method (FIG. 10(b)). lastly,
A cantilever was fabricated by anisotropic etching of Si using a KOH solution (FIG. 10(c)).
【００５０】ここで、カンチレバーは長さ５００μｍ，
幅１００μｍ，厚さ約２．２μｍの矩形である。このカ
ンチレバーの共振周波数は、１０ｋＨｚであった。次に
、図３の中の電極５，６及び５，７に対応する部分に７
Ｖの電圧を印加した状態で、カンチレバーの共振周波数
を測定したところ、１４ｋＨｚであった。このことから
、カンチレバーの断面がわん曲し、弾性定数が上昇した
ことがわかった。[0050] Here, the cantilever has a length of 500 μm,
It is a rectangle with a width of 100 μm and a thickness of about 2.2 μm. The resonant frequency of this cantilever was 10 kHz. Next, 7
When the resonant frequency of the cantilever was measured with a voltage of V applied, it was found to be 14 kHz. This revealed that the cross section of the cantilever was curved and the elastic constant increased.
【００５１】（実施例２）本実施例では、図４に示すよ
うな断面形状を有するカンチレバー型プローブについて
説明する。先ず、図１１に基づいて、本実施例のカンチ
レバーの製造工程を説明する。厚さ２５０μｍのＳｉ（
１００）基板１０１上に、ＬＰ−ＣＶＤ法によりシリコ
ン窒化膜１０２，１０３を１０００オングストローム積
層し、フォトリソグフィーによりパターニングし、エッ
チングマスクとする。次に、蒸着法によるＡｕ電極１１
１，１１３，１１５（各１０００オングストローム）、
ＲＦスパッタ法によるＺｎＯ膜１１２，１１４（各３０
００オングストローム）を交互に積層し、パターニング
した（図１１（ａ））。その上部に、蒸着法によりタン
グステンの探針（プローブ）１１６を作製した（図１１
（ｂ））。次に、ＫＯＨ液によるＳｉの異方性エッチン
グを行い、カンチレバー型にした（図１１（ｃ））。最
後に、ＣＦ４による反応性イオンエッチングにより、シ
リコン窒化膜１０２，１０３を除去し、カンチレバーを
完成した（図１１（ｄ））。(Embodiment 2) In this embodiment, a cantilever probe having a cross-sectional shape as shown in FIG. 4 will be described. First, the manufacturing process of the cantilever of this example will be explained based on FIG. 11. 250 μm thick Si (
100) Silicon nitride films 102 and 103 with a thickness of 1000 angstroms are stacked on the substrate 101 by the LP-CVD method, and patterned by photolithography to serve as an etching mask. Next, the Au electrode 11 is formed by vapor deposition.
1,113,115 (1000 angstroms each),
ZnO films 112, 114 (each 30
00 angstroms) were alternately stacked and patterned (FIG. 11(a)). A tungsten probe 116 was fabricated on top of it by vapor deposition (Fig. 11
(b)). Next, Si was anisotropically etched using a KOH solution to form a cantilever shape (FIG. 11(c)). Finally, the silicon nitride films 102 and 103 were removed by reactive ion etching using CF4 to complete the cantilever (FIG. 11(d)).
【００５２】ここで、カンチレバーは長さ３００μｍ，
幅１００μｍ，厚さ約１μｍの矩形である。このカンチ
レバーの共振周波数は、１１ｋＨｚであった。次に、図
４中の電極１１と１２，１３，１４，１５の間に５Ｖ印
加したところ、共振周波数は１５ｋＨｚとなり、弾性定
数が上昇していることがわかった。[0052] Here, the cantilever has a length of 300 μm,
It is a rectangle with a width of 100 μm and a thickness of about 1 μm. The resonant frequency of this cantilever was 11 kHz. Next, when 5 V was applied between electrodes 11 and 12, 13, 14, and 15 in FIG. 4, the resonance frequency became 15 kHz, indicating that the elastic constant increased.
【００５３】（実施例３）実施例１のカンチレバー型プ
ローブを用いて、ＡＦＭを作製した。図１２に本実施例
のＡＦＭの構成図を示す。除振台２０１の上に支持台２
０２があり、その上にＸＹステージ２０３，Ｚ微動機構
２０４が構成され、その上部に試料２０５が載せられる
。また、プローブはカンチレバー２０６上の探針２０７
を用いる。ここで、カンチレバーの断面変形用の電源，
電極等は省略してある。信号検出系は、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザー２０９からの入射光が、ビームスプリッタ２１０，
光ファイバー２０８を経てカンチレバー２０６先端部に
照射され、その反射光は逆に、光ファイバー２０８，ビ
ームスプリッタ２１０を経て光検出器２１１により電気
信号に変換される（光波干渉法）。出力信号，ＸＹ走査
信号及びＺ方向フィードバック信号は、マイクロコンピ
ュータ２１４により制御され、ＸＹ走査制御部２１２，
Ｚ方向フィードバック制御部２１３を介して、試料２０
５がＸＹ方向に走査され、探針２０７と試料表面との距
離が一定に保たれる。(Example 3) Using the cantilever probe of Example 1, an AFM was fabricated. FIG. 12 shows a configuration diagram of the AFM of this embodiment. A support stand 2 is placed on the vibration isolation table 201.
02, on which an XY stage 203 and a Z fine movement mechanism 204 are constructed, and a sample 205 is placed on top of it. Further, the probe is a probe tip 207 on the cantilever 206.
Use. Here, the power source for deforming the cantilever cross section,
Electrodes, etc. are omitted. In the signal detection system, the incident light from the He-Ne laser 209 is transmitted to the beam splitter 210,
The light is irradiated onto the tip of the cantilever 206 through the optical fiber 208, and the reflected light is converted into an electrical signal by the photodetector 211 through the optical fiber 208 and the beam splitter 210 (lightwave interferometry). The output signal, the XY scan signal and the Z direction feedback signal are controlled by the microcomputer 214, and the XY scan control section 212,
Through the Z direction feedback control unit 213, the sample 20
5 is scanned in the XY directions, and the distance between the probe 207 and the sample surface is kept constant.
【００５４】先ず、試料として水晶のへき開面を観察し
たところ、断面形状変形のための電圧の印加の有無によ
らず、像に変化はみられず、どちらの場合も結晶構造に
対応する配列が観察された。First, when we observed the cleavage plane of a crystal as a sample, no change was observed in the image regardless of whether or not a voltage was applied to deform the cross-sectional shape, and in either case, the alignment corresponding to the crystal structure was observed. observed.
【００５５】次に、試料としてＨＯＰＧ上に液晶分子４
−シアノ−４’−ｎ−デシルビフェニルを積層したもの
を観察したところ、電圧の印加によってＳ／Ｎ比が変化
した。つまり、試料の種類によって、カンチレバーの弾
性定数を変化させたほうが良好な結果を得ることができ
た。Next, liquid crystal molecules 4 were placed on the HOPG as a sample.
When the stack of -cyano-4'-n-decyl biphenyl was observed, the S/N ratio changed with the application of voltage. In other words, better results could be obtained by changing the elastic constant of the cantilever depending on the type of sample.
【００５６】（実施例４）本実施例では、実施例１のカ
ンチレバーを用いた記録再生等を行う情報処理装置を示
す。ただし、本実施例においては、カンチレバーの探針
がついている側をＰｔコーティングしてある（図１３参
照：１１７はＰｔコーティング層）。(Embodiment 4) This embodiment shows an information processing apparatus that performs recording and reproduction using the cantilever of Embodiment 1. However, in this example, the side of the cantilever on which the probe is attached is coated with Pt (see FIG. 13: 117 is a Pt coating layer).
【００５７】図１４に本実施例の情報処理装置の構成図
を示す。基本構成は実施例３（図１２）と同様で、異な
るところは、探針２０７と記録媒体２１５の間に、情報
記録用のパルス電圧印加装置２１６が付加されている点
である。尚、記録媒体としては、ガラス基板上に成膜し
たＡｕを用いた。FIG. 14 shows a configuration diagram of the information processing apparatus of this embodiment. The basic configuration is the same as that of Example 3 (FIG. 12), and the difference is that a pulse voltage application device 216 for information recording is added between the probe 207 and the recording medium 215. Note that Au film formed on a glass substrate was used as the recording medium.
【００５８】このＡｕ薄膜と探針２０７との間に数Ｖ，
数μｓｅｃ程度のパルス電圧を印加して直径約１０ｎｍ
の凸部を形成し、記録ビットとした。次に、ＡＦＭとし
て動作させ、走査周波数３ｋＨｚで記録ビットの読み出
しを行ったところ、断面形状変化のための電極間に１０
Ｖのバイアス電圧を印加した場合、印加なしの時に比較
して、Ｓ／Ｎのよい情報読み出しが可能であった。これ
は、高い走査周波数を用いる場合、カンチレバーの共振
周波数が高いほうが良好な結果を得ることができること
を示している。なお、本実施例においては、パルス電圧
印加によって記録媒体上に凸部を形成し記録を行ったが
、記録媒体上に凹凸の情報を生成しうる方法ならばこの
限りではない。[0058] Several V,
Approximately 10 nm in diameter by applying a pulse voltage of several μsec.
A convex portion was formed to form a recording bit. Next, when we operated it as an AFM and read out the recorded bits at a scanning frequency of 3 kHz, we found that 10
When a bias voltage of V was applied, information could be read out with a better S/N than when no bias voltage was applied. This indicates that when using a high scanning frequency, better results can be obtained with a higher resonant frequency of the cantilever. Note that in this embodiment, recording was performed by forming convex portions on the recording medium by applying a pulse voltage, but this is not the only method as long as it is possible to generate information on concavities and convexities on the recording medium.
【００５９】（実施例５）図１５に、本実施例に用いる
カンチレバー型プローブの製造工程図を示す。先ず、カ
ンチレバー側について述べる（図１５■，■，■，■）
。最初に厚さ２５０μｍのＳｉ（１００）基板１０１上
に、ＬＰ−ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜１０２，１０
３を５００オングストローム積層し、フォトリソグラフ
ィーによりパターニングし、エッチングマスクとする。
次に、抵抗加熱法によりＡｕ電極１０５を１０００オン
グストローム積層し、パターニングした。さらに、ＲＦ
スパッタ法により圧電体ＺｎＯ膜１０４を１μｍ、抵抗
加熱法によりＡｕ電極１０６を１０００オングストロー
ム、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン窒化
膜１０８を１μｍ積層し、パターニングした（図１５■
）。続いて、抵抗加熱法によってＡｕの引き出し電極１
０９を１０００オングストローム堆積し、パターニング
した。その上部に、蒸着法によりタングステン探針１１
０を作製した（図１５■）。その後、ＫＯＨ液によるＳ
ｉの異方性エッチングを行い、カンチレバーを作製した
（図１５■）。最後に、反応性イオンエッチング法によ
り、シリコン窒化膜を除去した（図１５■）。(Example 5) FIG. 15 shows a manufacturing process diagram of a cantilever type probe used in this example. First, let's talk about the cantilever side (Fig. 15■,■,■,■)
. First, silicon nitride films 102 and 10 are deposited on a 250 μm thick Si (100) substrate 101 by LP-CVD.
3 was laminated to a thickness of 500 angstroms, patterned by photolithography, and used as an etching mask. Next, an Au electrode 105 having a thickness of 1000 angstroms was laminated using a resistance heating method and patterned. Furthermore, R.F.
A piezoelectric ZnO film 104 of 1 μm thickness was deposited by the sputtering method, an Au electrode 106 of 1000 angstroms was deposited by the resistance heating method, and an amorphous silicon nitride film 108 of 1 μm thickness was deposited by the plasma CVD method, and patterned (FIG. 15).
). Next, the Au extraction electrode 1 was formed using a resistance heating method.
09 was deposited to a thickness of 1000 angstroms and patterned. A tungsten probe 11 is placed on top of it by vapor deposition.
0 was prepared (Fig. 15■). After that, S with KOH solution
Anisotropic etching of i was performed to fabricate a cantilever (Fig. 15 (■)). Finally, the silicon nitride film was removed by reactive ion etching (FIG. 15 (2)).
【００６０】次に、対向電極側について述べる（図１５
■，■，■，■）。先ず、厚さ２５０μｍのＳｉ（１０
０）基板３１０上に、Ｓｉの熱酸化膜３１１を１０００
オングストローム形成した（図１５■）。次に、ＬＰ−
ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜３１２，３１３を２００
０オングストローム積層してパターニングし、エッチン
グマスクとした（図１５■）。続いて、抵抗加熱法によ
りＡｕ電極３１４を１０００オングストローム積層し、
パターニングした（図１５■）。さらに、ＫＯＨ液によ
るＳｉの異方性エッチングにより、台形状の基体を形成
した。ここでエッチング深さは約２２０μｍであった（
図１５■）。最後に、カンチレバー部（図１５■）と基
体（図１５■）とを接着し、カンチレバー型プローブを
作製した（図１５■）。Next, the counter electrode side will be described (FIG. 15).
■,■,■,■). First, Si (10
0) On the substrate 310, a Si thermal oxide film 311 with a thickness of 1000
An angstrom was formed (Fig. 15■). Next, LP-
Silicon nitride films 312 and 313 are deposited at 200% by CVD method.
The layers were stacked to a thickness of 0 angstroms, patterned, and used as an etching mask (FIG. 15 (■)). Subsequently, a 1000 angstrom Au electrode 314 was laminated using a resistance heating method.
It was patterned (Fig. 15■). Furthermore, a trapezoidal base was formed by anisotropic etching of Si using a KOH solution. Here, the etching depth was approximately 220 μm (
Figure 15 ■). Finally, the cantilever part (Fig. 15 (■)) and the base (Fig. 15 (■)) were adhered to produce a cantilever type probe (Fig. 15 (■)).
【００６１】カンチレバーは矩形で、３００μｍ×１０
０μｍ，厚さ約２．２μｍであり、電極１０４と電極３
１４の対向面積は３００μｍ×１００μｍ、間隔は約３
０μｍであった。[0061] The cantilever is rectangular, 300 μm x 10
0 μm, thickness approximately 2.2 μm, and electrode 104 and electrode 3
The opposing area of 14 is 300 μm x 100 μm, and the interval is about 3
It was 0 μm.
【００６２】上記工程により作製したカンチレバーを、
以下の要領で駆動させ、カンチレバー先端の変位量を測
定した。
（１）電極１０４を接地し、定電圧直流電源により、電
極３１４に０〜１００Ｖの直流電圧を印加した。その時
のカンチレバーの先端の変位量および変位のゆらぎ量を
表１に示す。表１より分かるように、ゆらぎ量／変位量
は、印加電圧の２乗に反比例する。このことから、静電
力駆動は大電圧時に制御性がよいことが分かる。
（２）電極１０４を接地し、交流電源により電極１０６
に０〜５Ｖ，１００Ｈｚの電圧を印加した。その時のカ
ンチレバーの先端の変位量および変位のゆらぎ量を表２
に示す。表２より分かるように、ゆらぎ量／変位量は印
加電圧に反比例する。このことから、圧電力駆動は小電
圧時にも制御性がよいことが分かる。[0062] The cantilever produced by the above steps is
The cantilever was driven as follows, and the amount of displacement at the tip of the cantilever was measured. (1) The electrode 104 was grounded, and a DC voltage of 0 to 100 V was applied to the electrode 314 using a constant voltage DC power supply. Table 1 shows the amount of displacement of the tip of the cantilever and the amount of fluctuation in displacement at that time. As can be seen from Table 1, the amount of fluctuation/the amount of displacement is inversely proportional to the square of the applied voltage. This shows that electrostatic force drive has good controllability at high voltages. (2) The electrode 104 is grounded, and the electrode 106 is connected to the AC power source.
A voltage of 0 to 5 V and 100 Hz was applied to. Table 2 shows the amount of displacement and fluctuation of the cantilever tip at that time.
Shown below. As can be seen from Table 2, the amount of fluctuation/the amount of displacement is inversely proportional to the applied voltage. This shows that piezoelectric drive has good controllability even when the voltage is small.
【００６３】（１），（２）の結果より、大電圧印加静
電駆動により極めて安定した大きな変位量がとれ、小電
圧印加圧電駆動により、変位量は小さいものの極めて精
度の高い制御が可能であることが分かった。From the results of (1) and (2), it is possible to obtain an extremely stable and large amount of displacement by applying a large voltage to electrostatic drive, and by piezoelectric driving to apply a small voltage, it is possible to control a small amount of displacement with extremely high precision. I found out something.
【００６４】[0064]
【表１】[Table 1]
【００６５】[0065]
【表２】[Table 2]
【００６６】（実施例６）実施例５のカンチレバー型プ
ローブで、圧電体に電界を印加するための電極を、カン
チレバーの先端に１００μｍ×５０μｍだけ設けた形状
のものを作製した。実施例５と同様の測定を行ったとこ
ろ、静電力では、１００Ｖ印加で１．８８μｍ±３オン
グストロームの変位圧電力では、１Ｖ印加で１００±０
．５オングストローム以下の変位を得ることができた。(Example 6) The cantilever type probe of Example 5 was fabricated in which a 100 μm×50 μm electrode for applying an electric field to the piezoelectric body was provided at the tip of the cantilever. When measurements were made in the same manner as in Example 5, the electrostatic force caused a displacement of 1.88 μm±3 angstroms when 100 V was applied, and the piezoelectric power caused a displacement of 100±0 when 1 V was applied.
．． It was possible to obtain a displacement of 5 angstroms or less.
【００６７】（実施例７）実施例６のカンチレバー型プ
ローブを用いたＳＴＭを作製した。図１６に本実施例の
ＳＴＭの構成図を示す。除振台４０１の上にＸＹ走査機
構４０２が設置され、サンプル４０３はＸＹ方向に移動
可能である。また、Ｚ粗動機構４０４上にカンチレバー
４０５が設置され、その先端に探針４０６が作製されて
いる。ＸＹ走査機構４０２はＸＹ駆動回路４０７によっ
て、Ｚ粗動機構４０４はＺ駆動回路４１０によって駆動
される。また、カンチレバー４０５は、静電駆動回路４
１１により粗動ができ、圧電駆動（フィードバック）回
路４１２によりサンプル４０３と探針４０６間に流れる
トンネル電流が一定になるように、Ｚ方向にフィードバ
ックがかけられる。バイアス印加回路４０８によりサン
プル，探針間にバイアス電圧が印加され、トンネル電流
はトンネル電流検出回路４０９により検出される。すべ
ての回路は、マイクロコンピュータ４１３により統一し
て制御され、観察結果は表示装置４１４に表示される。(Example 7) An STM using the cantilever type probe of Example 6 was fabricated. FIG. 16 shows a configuration diagram of the STM of this embodiment. An XY scanning mechanism 402 is installed on a vibration isolation table 401, and a sample 403 is movable in the XY directions. Further, a cantilever 405 is installed on the Z coarse movement mechanism 404, and a probe 406 is fabricated at the tip of the cantilever 405. The XY scanning mechanism 402 is driven by an XY drive circuit 407, and the Z coarse movement mechanism 404 is driven by a Z drive circuit 410. Further, the cantilever 405 is connected to the electrostatic drive circuit 4
11 allows coarse movement, and a piezoelectric drive (feedback) circuit 412 applies feedback in the Z direction so that the tunnel current flowing between the sample 403 and the probe 406 becomes constant. A bias voltage is applied between the sample and the probe by a bias application circuit 408, and a tunnel current is detected by a tunnel current detection circuit 409. All circuits are uniformly controlled by a microcomputer 413, and observation results are displayed on a display device 414.
【００６８】本実施例においては、探針のサンプルへの
接近はリニアアクチュエータなどのＺ粗動機構である程
度接近させた後、トンネル電流が流れる領域への接近は
カンチレバーの静電駆動により行っている。この方法は
、高精度であるとともに従来の積層型圧電素子等を用い
る方法に比べ、駆動部を軽量小型化することができ、外
的な振動ノイズに対し強いＳＴＭとなった。In this example, the probe approaches the sample to some extent using a Z coarse movement mechanism such as a linear actuator, and then approaches the region where the tunnel current flows by electrostatically driving the cantilever. . This method is highly accurate, and allows the driving section to be made lighter and smaller than conventional methods using laminated piezoelectric elements, resulting in an STM that is resistant to external vibration noise.
【００６９】（実施例８）実施例６のカンチレバー型プ
ローブを用いた情報処理装置を作製した。図１７に、本
実施例の装置の構成図を示す。除振台５０１上にＸＹ走
査機構５０２が設置され、さらにその上部に記録媒体５
０３が設置されている。ＸＹ走査機構５０２はＸＹ駆動
回路５０８により駆動され、記録媒体５０３にはバイア
ス印加回路５０９により記録ビットの書き込み，読み出
し，消去のための各種バイアスあるいはパルス電圧が印
加される。Ｚ駆動回路５１０によって粗動できるＺ粗動
機構５０４上には、１０ｍｍ角のマルチプローブ基板５
０５が設置されており、４×４＝１６本のカンチレバー
５０６が作製されている。各カンチレバーの先端には、
探針５０７が設けられている。各探針を流れるトンネル
電流は、トンネル電流検出回路５１１により検出され、
各カンチレバーは静電駆動回路５１２及び圧電駆動（フ
ィードバック）回路５１３により駆動される。すべての
回路は、マイクロコンピュータ５１４により制御される
。記録媒体５０３は、マイカ基板にＡｕを１０００オン
グストロームエピタキシャル成長させた上に、有機記録
層を積層したものを用いた。該有機記録層としては、ス
クアリリウム−ビス−６−オクチルアズレンのＬＢ膜（
１層）を使用した。ＬＢ膜の形成法は、特開昭６３−１
６１５５２号公報に開示の方法に従った。(Example 8) An information processing device using the cantilever probe of Example 6 was manufactured. FIG. 17 shows a configuration diagram of the apparatus of this embodiment. An XY scanning mechanism 502 is installed on a vibration isolation table 501, and a recording medium 5 is placed above it.
03 is installed. The XY scanning mechanism 502 is driven by an XY drive circuit 508, and a bias application circuit 509 applies various biases or pulse voltages to the recording medium 503 for writing, reading, and erasing recording bits. A 10 mm square multi-probe board 5 is mounted on the Z coarse movement mechanism 504 that can be coarsely moved by the Z drive circuit 510.
05 is installed, and 4×4=16 cantilevers 506 are manufactured. At the tip of each cantilever,
A probe 507 is provided. The tunnel current flowing through each probe is detected by a tunnel current detection circuit 511,
Each cantilever is driven by an electrostatic drive circuit 512 and a piezoelectric drive (feedback) circuit 513. All circuits are controlled by microcomputer 514. The recording medium 503 used was one in which an organic recording layer was laminated on a mica substrate on which Au was epitaxially grown to a thickness of 1000 angstroms. As the organic recording layer, an LB film of squarylium-bis-6-octylazulene (
1 layer) was used. The method for forming the LB film is disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 63-1.
The method disclosed in Japanese Patent No. 61552 was followed.
【００７０】ここで、各探針と記録媒体との接近は、各
探針ごとに実施例３の方法で行ったところ、各カンチレ
バーの静電印加電圧は０〜７０Ｖで、すべての探針が記
録媒体（Ａｕ薄膜部）とのトンネリング領域に入ること
ができた。この時の各カンチレバーの変位量は０〜０．
８μｍであった。この状態で、圧電体駆動により各探針
にフィードバックがかけられる。[0070] Here, each probe was brought close to the recording medium by the method of Example 3 for each probe, and the electrostatic voltage applied to each cantilever was 0 to 70V, and all the probes It was possible to enter the tunneling area with the recording medium (Au thin film part). The amount of displacement of each cantilever at this time is 0 to 0.
It was 8 μm. In this state, feedback is applied to each probe by piezoelectric drive.
【００７１】次に、記録再生の方法について述べる。ま
ず、探針の１本を＋側、Ａｕ薄膜を−側にして、記録層
が低抵抗状態（ＯＮ状態）に変化するしきい値電圧Ｖｔ
ｈＯＮ以上のパルス電圧（図１８に示す）を印加し、Ｏ
Ｎ状態を生じさせた。該探針と記録層との距離を保持し
たまま、該探針とＡｕ薄膜との間に１．０Ｖの電圧を印
加して、トンネル電流を測定したところ、０．５ｍＡ程
度の電流が流れ、ＯＮ状態となっていることが確認でき
た。Next, the recording and reproducing method will be described. First, with one of the probes on the + side and the Au thin film on the - side, the threshold voltage Vt at which the recording layer changes to a low resistance state (ON state)
Apply a pulse voltage higher than hON (shown in Figure 18), and O
An N state was generated. While maintaining the distance between the probe and the recording layer, a voltage of 1.0V was applied between the probe and the Au thin film and the tunneling current was measured, and a current of about 0.5mA flowed. It was confirmed that it was in the ON state.
【００７２】次に、探針−Ａｕ間の電圧を、記録層がＯ
Ｎ状態からＯＦＦ状態に変化するしきい値電圧ＶｔｈＯ
ＦＦ以上の１０Ｖに設定し、再び記録位置に印加した結
果、記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移したことも確
認した。Next, the voltage between the probe and the Au is changed so that the recording layer is O.
Threshold voltage VthO changing from N state to OFF state
It was also confirmed that as a result of setting the voltage to 10V, which is higher than FF, and applying it again to the recording position, the recorded state was erased and the state transitioned to the OFF state.
【００７３】上記の装置において、各探針と記録媒体と
の位置セッティングには、静電駆動を用いているため、
探針の高さ方向の制御が高精度となり、かつマルチプロ
ーブ基板５０５部は小型軽量となり、外部振動に強く、
安定した記録，再生，消去を行うことができた。In the above device, electrostatic drive is used to set the position of each probe and the recording medium.
The height direction of the probe can be controlled with high precision, and the multi-probe board 505 is small and lightweight, and is resistant to external vibrations.
I was able to perform stable recording, playback, and erasing.
【００７４】（実施例９）本実施例では、図８（ａ）に
示すマルチプローブユニットについて説明する。６ｍｍ
×６ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＳｉ基板２８上に、後述の
工程で形成したカンチレバーが１２本設けられており、
各カンチレバー上部には、トンネル電流検知用のプロー
ブ２が設けられている。これにガラス基板３２が貼り合
わせてある。尚、１本のカンチレバーのサイズは、幅２
００μｍ，長さ８００μｍである。次に、上記カンチレ
バーの製造方法について図８（ｂ）に基づいて行う。ま
ず、Ｓｉ基板（１００）（厚さ０．３ｍｍ）上に、電極
３４を真空蒸着にて形成後、誘電体薄膜３０，電極２９
，圧電体薄膜３１，電極２９を作製し、フォトリソグラ
フィーおよびエッチングによりパターニングした。つい
で、トンネル電流検知用プローブ２を、成膜とフォトリ
ソグラフィーとリフトオフにより作製した。その後、Ｋ
ＯＨによるＳｉの異方性エッチングによりＳｉ基板２８
の所望の部分を除去した。このようにして作製したＳｉ
基板上の圧電体変位素子を図１９のように貼り合わせて
形成した。尚、ガラス基板３２の厚さは０．２ｍｍとし
た。(Embodiment 9) In this embodiment, a multi-probe unit shown in FIG. 8(a) will be explained. 6mm
Twelve cantilevers formed in the process described later are provided on a Si substrate 28 of ×6 mm and 0.2 mm thick.
A probe 2 for tunnel current detection is provided above each cantilever. A glass substrate 32 is bonded to this. In addition, the size of one cantilever is width 2
00 μm and length 800 μm. Next, a method for manufacturing the cantilever will be described based on FIG. 8(b). First, after forming the electrode 34 on the Si substrate (100) (thickness 0.3 mm) by vacuum evaporation, the dielectric thin film 30 and the electrode 29
, a piezoelectric thin film 31, and an electrode 29 were prepared, and patterned by photolithography and etching. Next, a tunnel current detection probe 2 was manufactured by film formation, photolithography, and lift-off. After that, K.
The Si substrate 28 is etched by anisotropic etching of Si using OH.
The desired portion of was removed. The Si produced in this way
The piezoelectric displacement elements on the substrate were bonded together as shown in FIG. 19. Note that the thickness of the glass substrate 32 was 0.2 mm.
【００７５】次に、このようにして作製したマルチプロ
ーブユニットの高さの調整法について述べる。図２０は
マルチプローブユニット、図２１はその位置補正ブロッ
ク図を示したものである。基板２８をあらかじめ平行平
面の台に置き、さらに極めて平行平面な導電体３５を一
定の高さに保持し、その後にトンネル電流検知用プロー
ブ２と導電体３５に一定の電圧をかけ、トンネル電流を
検知する。その後、電極３３−１，３３−２，３３−３
，３３−４に電圧を印加して、各トンネル電流値がほと
んど等しくなるように各電極の電圧を調整した。これに
より、静電気にて位置の補正を行うことができる。Next, a method for adjusting the height of the multi-probe unit produced in this manner will be described. FIG. 20 shows the multi-probe unit, and FIG. 21 shows its position correction block diagram. The substrate 28 is placed in advance on a parallel plane stand, and the conductor 35, which is an extremely parallel plane, is held at a constant height. Then, a constant voltage is applied to the tunnel current detection probe 2 and the conductor 35 to detect the tunnel current. Detect. After that, electrodes 33-1, 33-2, 33-3
, 33-4, and the voltage of each electrode was adjusted so that each tunnel current value was almost equal. Thereby, the position can be corrected using static electricity.
【００７６】（実施例１０）本実施例では、実施例９で
作製したマルチプローブユニットを図２２に示す情報処
理装置に取り付けた。(Example 10) In this example, the multi-probe unit produced in Example 9 was attached to the information processing apparatus shown in FIG.
【００７７】６０１は媒体の基板、６０２は金属電極層
、６０３は記録層である。６０４はＸＹステージ、６０
５はマルチプローブユニット、６０６はマルチプローブ
ユニットの支持体、６０７はマルチプローブユニットを
Ｚ方向に駆動するリニアアクチュエーター、６０８，６
０９はＸＹステージをそれぞれＸ，Ｙ方向に駆動するリ
ニアアクチュエーター、６１０は記録再生用のバイアス
回路である。６１１はプローブ電極から記録層６０３を
介して電極層６０２へ流れる電流を検出する記録再生用
のトンネル電流検出器である。６１２はマルチプローブ
ユニットをＺ軸方向に移動させるためのサーボ回路であ
り、６１３はアクチュエーター６０７を駆動するための
サーボ回路である。６１４はマルチプローブユニットを
Ｚ軸方向に動かすための駆動回路であり、６１５はＸＹ
ステージの位置制御を行う駆動回路である。６１６はこ
れらの操作を制御するコンピュータである。601 is a substrate of the medium, 602 is a metal electrode layer, and 603 is a recording layer. 604 is the XY stage, 60
5 is a multi-probe unit, 606 is a support for the multi-probe unit, 607 is a linear actuator that drives the multi-probe unit in the Z direction, 608, 6
09 is a linear actuator that drives the XY stage in the X and Y directions, and 610 is a bias circuit for recording and reproducing. 611 is a tunnel current detector for recording and reproducing that detects the current flowing from the probe electrode to the electrode layer 602 via the recording layer 603. 612 is a servo circuit for moving the multi-probe unit in the Z-axis direction, and 613 is a servo circuit for driving the actuator 607. 614 is a drive circuit for moving the multi-probe unit in the Z-axis direction, and 615 is a drive circuit for moving the multi-probe unit in the Z-axis direction.
This is a drive circuit that controls the position of the stage. 616 is a computer that controls these operations.
【００７８】本実施例では、この情報処理装置にあらか
じめ実施例９により高さを揃えたマルチプローブユニッ
トを取りつけ、記録媒体としてガラス基板上にＣｒ／Ａ
ｕを蒸着し、その上部にポリイミドＬＢ膜を４層（約２
０オングストローム）成膜したものを用いた。尚、この
記録媒体にはパルス電圧を加えると記録媒体の抵抗率が
２ケタ程度変化する特徴がある。In this example, a multi-probe unit with the same height as in Example 9 was installed in advance in this information processing apparatus, and Cr/A was placed on a glass substrate as a recording medium.
4 layers of polyimide LB film (approximately 2
0 angstrom) was used. Note that this recording medium has a characteristic that when a pulse voltage is applied, the resistivity of the recording medium changes by about two digits.
【００７９】次に、マルチプローブユニットの圧電駆動
部に電圧をかけ、独立にカンチレバー部を動作させる。
記録媒体の電極とカンチレバー先端のトンネル電流検知
用プローブとの間に１．５Ｖの電圧をかけ、それぞれの
プローブが１０−８Ａ程度のトンネル電流になるように
カンチレバー部の高さを調整した。その後、プローブに
パルス電圧（５Ｖ）を加え、所望の位置に情報を記録し
た。尚、その記録領域は、１００オングストローム×１
００オングストローム程度で非常に小さく、超高密度の
記録を行うことができた。Next, a voltage is applied to the piezoelectric drive section of the multi-probe unit to independently operate the cantilever section. A voltage of 1.5 V was applied between the electrode of the recording medium and the probe for detecting tunneling current at the tip of the cantilever, and the height of the cantilever portion was adjusted so that each probe had a tunneling current of about 10 −8 A. Thereafter, a pulse voltage (5V) was applied to the probe to record information at a desired position. The recording area is 100 angstroms x 1
It was very small, about 0.00 angstroms, and could perform ultra-high density recording.
【００８０】次に、記録媒体の電極とプローブとの間に
１．５Ｖの電圧をかけ、トンネル電流の計測をしたとこ
ろ、記録した部分に抵抗値が変化した部分を検出した。
このように、本実施例においては、記録情報の書き込み
、読み出しが行えることを確認した。Next, when a voltage of 1.5 V was applied between the electrode of the recording medium and the probe and the tunnel current was measured, a portion where the resistance value changed was detected in the recorded portion. In this way, in this example, it was confirmed that recording information could be written and read.
【００８１】（実施例１１）本実施例で示すものは、短
冊状電極を有するカンチレバー型プローブである。(Example 11) This example shows a cantilever type probe having a strip-shaped electrode.
【００８２】図９（ａ）に本実施例構成１部分の斜視図
を示す。さらに図９（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。これ
は、Ｓｉ基板４５上に、通常のＩＣ作製プロセスとＳｉ
の異方性エッチングとにより作製したものである。絶縁
層からなる弾性薄膜４１上に、圧電体薄膜４２を挟持し
て圧電体電極４３を形成し、その上端部に情報入出力プ
ローブ４４を形成した圧電薄膜カンチレバーである。こ
の構成では、圧電体層１層、電極１組で、いわゆるユニ
モルフ構成をとった薄膜カンチレバーでできている。こ
の圧電体電極４３に電界を加えると、薄膜カンチレバー
の厚さ方向に駆動する（図中Ｚ軸）。この構成によると
、圧電薄膜カンチレバーの積層数が従来のバイモルフ構
造よりも少ないので内部応力による反りも緩和される。FIG. 9(a) shows a perspective view of one part of the structure of this embodiment. Furthermore, FIG. 9(b) is a sectional view taken along line A-A. This process is performed using a normal IC manufacturing process and Si substrate 45.
It was fabricated by anisotropic etching. This is a piezoelectric thin film cantilever in which a piezoelectric electrode 43 is formed by sandwiching a piezoelectric thin film 42 on an elastic thin film 41 made of an insulating layer, and an information input/output probe 44 is formed at the upper end of the piezoelectric electrode 43. This configuration is made of a thin film cantilever with a so-called unimorph configuration, consisting of one piezoelectric layer and one set of electrodes. When an electric field is applied to this piezoelectric electrode 43, it is driven in the thickness direction of the thin film cantilever (Z-axis in the figure). According to this configuration, since the number of laminated piezoelectric thin film cantilevers is smaller than that of a conventional bimorph structure, warping due to internal stress is also alleviated.
【００８３】さらに、Ｓｉ基板４５上に形成された短冊
状電極４６に電界を加えると、静電気によりＹ軸方向に
駆動することができる。なお、４７はｎ−Ｓｉでできた
支持体で、４９は短冊状電極４６の取り出し電極である
。これは、Ｙ軸方向の静電アクチュエーターを内蔵した
構成をとっている。Furthermore, when an electric field is applied to the strip-shaped electrode 46 formed on the Si substrate 45, it can be driven in the Y-axis direction by static electricity. Note that 47 is a support made of n-Si, and 49 is an electrode from which the strip-shaped electrode 46 is taken out. This has a built-in electrostatic actuator in the Y-axis direction.
【００８４】このＹ軸への駆動原理を図２３に基づいて
説明する。この原理は例えば、生産研究第４１巻第１２
号、１９８９年１２月に掲載されている。これは、静電
気によって動作をするものである。The principle of driving this Y-axis will be explained based on FIG. 23. This principle can be seen, for example, in Production Research, Vol. 41, No. 12.
Issue, December 1989. This operates using static electricity.
【００８５】図２３（ａ）に示すように、電圧を印加す
ると抵抗体内で電荷が動き、絶縁体５２が帯電する。次
に図２３（ｂ）のように絶縁体５１は帯電する。次に図
２３（ｃ）のように印加電圧をかけると、反発作用が起
こる。その結果、図２３（ｄ）の矢印に示すように駆動
することができる。As shown in FIG. 23(a), when a voltage is applied, charges move within the resistor, and the insulator 52 is charged. Next, the insulator 51 is charged as shown in FIG. 23(b). Next, when an applied voltage is applied as shown in FIG. 23(c), a repulsive effect occurs. As a result, it is possible to drive as shown by the arrow in FIG. 23(d).
【００８６】本発明においては、この原理を用いて短冊
状電極４６に、それぞれある電界を加えて薄膜カンチレ
バーをＹ軸に働く力を発生させるものである。つまり、
図９（ａ）に示したように、薄膜カンチレバーの裏面に
ある弾性薄膜４１が絶縁層となり、さらに短冊状電極４
６と薄膜カンチレバーとの空間が絶縁層となっている。
つまり、上述したように短冊状電極４６にある交流の電
界を加えると、薄膜カンチレバーがＹ軸方向に駆動する
ものである。これは、交流の電界の周波数を、薄膜カン
チレバーの幅方向の固有振動数と一致させると、Ｙ軸方
向に振動する。すなわち、このＹ軸の固有振動数で振動
するモードをＹ軸のストロークとすることを特徴として
いる。In the present invention, this principle is used to apply a certain electric field to each of the strip electrodes 46 to generate a force acting on the thin film cantilever in the Y axis. In other words,
As shown in FIG. 9(a), the elastic thin film 41 on the back surface of the thin film cantilever becomes an insulating layer, and the strip-shaped electrode 4
The space between 6 and the thin film cantilever serves as an insulating layer. That is, when an alternating current electric field is applied to the strip-shaped electrode 46 as described above, the thin film cantilever is driven in the Y-axis direction. When the frequency of the alternating current electric field is made to match the natural frequency of the thin film cantilever in the width direction, it vibrates in the Y-axis direction. That is, it is characterized in that the mode that vibrates at the natural frequency of the Y-axis is the stroke of the Y-axis.
【００８７】次に、この構成を得るための工程を図２４
を用いて説明する。図２４（ａ）に示すのは、ｎ型Ｓｉ
（１００）基板４５にＢ（ボロン）を選択的に拡散させ
、Ｐ＋層にして短冊状の電極４６を形成したものである
。ここでは図示してないが、Ｙ方向に短冊状電極４６が
多数配置してある。次に、１１００℃でＳｉＣｌ４を用
いＰＨ３をドーパントとして１．５μｍエピタキシャル
成長させ、ｎ型のエピタキシャル層４７を得る。次に、
選択的に再度Ｂを拡散させてＰ＋層４８を形成した。こ
れは電極４６の引出し用である。また基板４５とエピタ
キシャル層４７とをｎ型にするのは、Ｐ＋の電極と電気
的に分離するためである。次に、ＬＰＣＶＤによるＮＨ
３とＳｉＨ２Ｃｌ２の気相成長により、Ｓｉ３Ｎ４で形
成した弾性薄膜４２を４００ｎｍ成膜し、カンチレバー
の形を得るためのパターニングを行った。図２４（ｂ）
にその断面図、図２４（ｃ）にその上面図を示す。Next, the steps for obtaining this configuration are shown in FIG.
Explain using. FIG. 24(a) shows n-type Si
(100) B (boron) is selectively diffused into a substrate 45 to form a P+ layer and a strip-shaped electrode 46 is formed. Although not shown here, a large number of strip-shaped electrodes 46 are arranged in the Y direction. Next, epitaxial growth is performed to 1.5 μm using SiCl4 and PH3 as a dopant at 1100° C. to obtain an n-type epitaxial layer 47. next,
B was selectively diffused again to form a P+ layer 48. This is for drawing out the electrode 46. The reason why the substrate 45 and epitaxial layer 47 are made of n-type is to electrically isolate them from the P+ electrode. Next, NH by LPCVD
An elastic thin film 42 made of Si3N4 was formed to a thickness of 400 nm by vapor phase growth of SiH2Cl2 and SiH2Cl2, and patterned to obtain a cantilever shape. Figure 24(b)
24(c) shows its cross-sectional view, and FIG. 24(c) shows its top view.
【００８８】次に、図２４（ｂ）において、金属を例え
ば、Ｃｒ，Ａｕの順にそれぞれ３ｎｍ，２００ｎｍ程度
蒸着し圧電体電極４３を形成する。電極材としては、Ｓ
ｉの異方性エッチングの際に腐食されないＡｇ，Ｐｄ，
Ｐｔ等でも良い。次に、圧電体例えばＡｌＮ，ＺｎＯ，
ＰＺＴ等をスパッタ蒸着し約１μｍ成膜しパターニング
して圧電体薄膜４２を形成した。次に、短冊状電極４６
の引出しのために、弾性薄膜４１をパターニングし、Ｐ
＋拡散層４８のコンタクトホールを形成し、さらに電極
４３としてＡｕを２００ｎｍ蒸着しパターニングして、
電極４３及び４９を形成した。次に、プローブ４４をリ
ソグラフィーとリフトオフと蒸着により形成した。なお
、プローブ材料としては、ＷあるいはＰｔでもよいし、
これらの金属が表面に被覆された導電体であれば良い。Next, in FIG. 24(b), a piezoelectric electrode 43 is formed by depositing metals, for example, Cr and Au to a thickness of about 3 nm and 200 nm, respectively. As the electrode material, S
Ag, Pd, which is not corroded during anisotropic etching of
Pt or the like may also be used. Next, a piezoelectric material such as AlN, ZnO,
A piezoelectric thin film 42 was formed by sputter-depositing PZT or the like to a thickness of about 1 μm and patterning. Next, the strip electrode 46
The elastic thin film 41 is patterned to draw out P
+ A contact hole for the diffusion layer 48 is formed, and Au is further deposited to a thickness of 200 nm as the electrode 43 and patterned.
Electrodes 43 and 49 were formed. Next, the probe 44 was formed by lithography, lift-off, and vapor deposition. Note that the probe material may be W or Pt,
Any conductor whose surface is coated with these metals may be used.
【００８９】最後に、Ｓｉ３Ｎ４の弾性体薄膜４１をマ
スクとしてＳｉの異方性エッチングＫＯＨ，ＮＨ３ＯＨ
あるいはエチレンジアミン、ピカテコール系の水溶液で
行う。この際、電極４６のＰ＋層がストッパーとなり静
電力の駆動間隔がこのエピタキシャル層４７の厚みで決
定される。異方性エッチングにより、最終的に図９で示
されるようなカンチレバー型プローブが得られた。本実
施例では、圧電体薄膜カンチレバーおよび静電アクチュ
エータのサイズを以下のように設定すると、圧電体薄膜
厚 ：１．０μｍ（ＺｎＯ）カンチレバー厚：１．８
μｍ
カンチレバー長：２００μｍ
カンチレバー幅： ５０μｍ
静電アクチュエーターサイズ
短冊状電極ピッチ：２μｍ
絶縁体薄膜厚 ：０．４μｍ（Ｓｉ３Ｎ４）絶縁
体−電極間幅：１．５μｍ
以下のようなプローブの変位量が得られた。Finally, using the Si3N4 elastic thin film 41 as a mask, Si is anisotropically etched with KOH and NH3OH.
Alternatively, use an aqueous solution of ethylenediamine or picatecol. At this time, the P+ layer of the electrode 46 serves as a stopper, and the driving interval of the electrostatic force is determined by the thickness of the epitaxial layer 47. Through anisotropic etching, a cantilever probe as shown in FIG. 9 was finally obtained. In this example, when the sizes of the piezoelectric thin film cantilever and the electrostatic actuator are set as follows, piezoelectric thin film thickness: 1.0 μm (ZnO) cantilever thickness: 1.8
μm Cantilever length: 200 μm Cantilever width: 50 μm Electrostatic actuator size strip electrode pitch: 2 μm Insulator thin film thickness: 0.4 μm (Si3N4) Insulator-electrode width: 1.5 μm The following probe displacement can be obtained. It was done.
【００９０】Ｙ軸変位量：±２０μｍ（±５０Ｖ），（
固有振動数８ｋＨｚ）
Ｚ軸変位量：± ３μｍ（±５Ｖ）
このようにＺ軸には薄膜カンチレバーがユニモルフ構造
のために、絶対変位量は少しおちるけれども、カンチレ
バーの反りを除ける効果のほうが、大きい。また走査方
向のＹ軸のストロークは充分に大きくとれた。Y-axis displacement amount: ±20 μm (±50 V), (
Natural frequency: 8kHz) Z-axis displacement: ±3μm (±5V) As shown above, since the thin film cantilever has a unimorph structure on the Z-axis, the absolute displacement is slightly lower, but the effect of eliminating cantilever warpage is greater. . In addition, the Y-axis stroke in the scanning direction was sufficiently large.
【００９１】（実施例１２）本実施例では、実施例１１
タイプのカンチレバー型プローブの他の態様を示す。(Example 12) In this example, Example 11
2 shows another embodiment of the type of cantilever probe.
【００９２】図２５は、実施例１１のカンチレバー型プ
ローブがＳｉ基板上に複数個内蔵されたものである。こ
れも前述実施例１１と同様な製造法で作製した。尚、こ
のＹ軸駆動の短冊型電極４６は図２６の様に配置してあ
る。これは、Ｘ軸の方向の同一延長線上にある薄膜カン
チレバーが同一の短冊型電極で駆動できる。このカンチ
レバーも実施例１１で示したようなサイズでは、Ｘ，Ｙ
軸のストロークが同じだけ大きく取れる。FIG. 25 shows a structure in which a plurality of cantilever probes of Example 11 are built on a Si substrate. This was also produced using the same manufacturing method as in Example 11 described above. Note that this Y-axis driven rectangular electrode 46 is arranged as shown in FIG. 26. This means that thin film cantilevers on the same extension line in the X-axis direction can be driven by the same strip-shaped electrode. This cantilever also has the size shown in Example 11, X, Y
The stroke of the shaft can be increased by the same amount.
【００９３】以上の構成により、反りの少ない圧電薄膜
カンチレバーをもち、Ｙ軸のストロークの大きなカンチ
レバー型プローブを提供することが可能となる。With the above configuration, it is possible to provide a cantilever type probe having a piezoelectric thin film cantilever with little warpage and a large Y-axis stroke.
【００９４】（実施例１３）本実施例では、実施例１２
のカンチレバー型プローブを用いて情報の記録、再生等
を行う情報処理装置について述べる。本発明に係る装置
の、情報の記録再生における模式図の１例を図２７に示
す。図２７（ａ）では、基板６３上に、導電性有機材料
からなる導電体薄膜６２を形成した後、有機材料からな
る記録層６３を積層して記録媒体としている。本発明で
は、この記録媒体に、本発明に係るカンチレバー端部に
取り付けたプローブ電極６５を接触させることにより、
記録媒体の表面形状を変化させて記録ビット６４を形成
し、情報の記録を行っている（図２７（ｂ）参照）。(Example 13) In this example, Example 12
An information processing device that records and reproduces information using a cantilever probe will be described. FIG. 27 shows an example of a schematic diagram of the apparatus according to the present invention for recording and reproducing information. In FIG. 27A, a conductive thin film 62 made of a conductive organic material is formed on a substrate 63, and then a recording layer 63 made of an organic material is laminated to form a recording medium. In the present invention, by contacting the recording medium with the probe electrode 65 attached to the end of the cantilever according to the present invention,
Information is recorded by changing the surface shape of the recording medium to form recording bits 64 (see FIG. 27(b)).
【００９５】また、このプローブ電極６５を記録媒体表
面上に走査させることにより、トンネル電流を利用して
表面形状の変化すなわち記録ビット６４を読み出して記
録再生の再生を行っている。本発明で用いる記録層６２
の材料としては、有機化合物であれば何を用いても構わ
ない。また、その成膜方法として、蒸着法、スパッタ法
あるいはプラズマ重合法、電解重合法等を用いるが可能
である。Further, by scanning the probe electrode 65 over the surface of the recording medium, a change in the surface shape, that is, the recording bit 64 is read out using a tunnel current to perform recording and reproduction. Recording layer 62 used in the present invention
Any organic compound may be used as the material. Further, as a method for forming the film, a vapor deposition method, a sputtering method, a plasma polymerization method, an electrolytic polymerization method, or the like can be used.
【００９６】また、記録層の材料として、ＬＢ法により
単分子膜または単分子累積膜を形成することのできる有
機材料も好適である。このＬＢ法によれば、１分子中に
疎水性部位と親水性部位とを有する有機化合物の単分子
膜又はその累積膜を基板上に容易に形成することができ
、分子オーダーの厚みを有し、かつ大面積にわたって均
一、均質な有機超薄膜を安定に供給することができるた
め、本発明のような高密度な情報の記録再生を行うため
には、記録層の欠陥や記録層表面の凹凸を少なくしなけ
ればならず、この点からＬＢ法は記録層形成に非常に適
している。Also suitable as the material for the recording layer are organic materials that can form a monomolecular film or a monomolecular cumulative film by the LB method. According to this LB method, a monomolecular film of an organic compound having a hydrophobic site and a hydrophilic site in one molecule or a cumulative film thereof can be easily formed on a substrate, and has a thickness on the order of a molecule. , and can stably supply a uniform and homogeneous ultra-thin organic film over a large area. Therefore, in order to record and reproduce high-density information as in the present invention, defects in the recording layer and irregularities on the surface of the recording layer must be avoided. In this respect, the LB method is very suitable for forming a recording layer.
【００９７】かかるＬＢ法は、分子内に親水性部位と疎
水性部位とを有する構造の分子において、両者のバラン
ス（両親媒性のバランス）が適度に保たれているとき、
分子は水面上で親水性基を下に向けて単分子の層になる
ことを利用して単分子膜、またはその累積膜を作製する
方法である。[0097] In the LB method, when a molecule having a structure having a hydrophilic site and a hydrophobic site within the molecule maintains an appropriate balance between the two (balance of amphipathic properties),
This method uses the fact that molecules form a monomolecular layer on the water surface with their hydrophilic groups facing downwards to create a monomolecular film or a cumulative film thereof.
【００９８】疎水性部位を構成する基としては、一般に
広く知られている飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環
芳香族及び、鎖状多環フェニル基等の各種疎水基が挙げ
られる。これらは各々単独又はその複数が組み合わされ
て疎水性部位を構成する。一方、親水性部位の構成要素
として最も代表的なものは、例えばカルボキシル基、エ
ステル基、酸アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、さ
らには、アミノ基（１，２，３級及び４級）等の親水性
基等が挙げられる。これらも各々単独又はその複数が組
み合わされて上記分子の親水性部位を構成する。Examples of the group constituting the hydrophobic moiety include various hydrophobic groups such as generally widely known saturated and unsaturated hydrocarbon groups, condensed polycyclic aromatics, and chain polycyclic phenyl groups. These each constitute a hydrophobic site singly or in combination. On the other hand, the most typical constituent elements of hydrophilic sites include carboxyl groups, ester groups, acid amide groups, imide groups, hydroxyl groups, and amino groups (1, 2, tertiary, and quaternary), etc. Examples include hydrophilic groups such as . These also constitute the hydrophilic site of the above molecule either singly or in combination.
【００９９】これらの疎水性基と親水性基をバランス良
く併有している有機分子であれば、水面上で単分子膜を
形成することが可能であり、本発明に対して極めて好適
な材料になる。Organic molecules having both these hydrophobic groups and hydrophilic groups in a well-balanced manner are capable of forming a monomolecular film on the water surface, and are extremely suitable materials for the present invention. become.
【０１００】また、導電体薄膜層６２の材料も高い導電
性を有するものであればよく、例えばＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ
，Ｐｄ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｗ等の金属やこれら
の合金、さらにはグラファイトやシリサイド，ＩＴＯな
どの導電性酸化物を始めとして数多くの材料が挙げられ
、これらの本発明への適用が考えられる。かかる材料を
用いた電極形成法としても従来公知の薄膜技術で十分で
ある。但し、導電体薄膜層も記録媒体の１部として働く
ため、欠陥が少なく表面の平滑性がよい薄膜を形成でき
る材料及び、薄膜形成法が選択される。尚、導電体薄膜
層の膜厚は記録層の材料及び膜厚にもよるが、安定な情
報の記録再生を行うためには、１０〜５０ｎｍ程度であ
ることが好ましい。Further, the material of the conductive thin film layer 62 may be any material as long as it has high conductivity, such as Au, Pt, Ag, etc.
, Pd, Al, In, Sn, Pb, W, and alloys thereof; and conductive oxides such as graphite, silicide, and ITO. is possible. Conventionally known thin film techniques are sufficient for forming electrodes using such materials. However, since the conductor thin film layer also functions as a part of the recording medium, a material and a thin film forming method that can form a thin film with few defects and a good surface smoothness are selected. Although the thickness of the conductive thin film layer depends on the material and thickness of the recording layer, it is preferably about 10 to 50 nm in order to stably record and reproduce information.
【０１０１】次に、本発明に係る装置を図２８のブロッ
ク図を用いて説明する。図２８中、７０５は記録媒体に
接触して記録を行ったり、トンネル電流を検知して記録
ビットを読み出すためのプローブ電極であり、７０４は
本実施例１２で示したカンチレバー型プローブの概略図
である。７０７は圧電効果にて駆動することができるＺ
方向微動制御機構であり、７０６は静電型アクチュエー
ターにより駆動できるＹ方向微動制御機構である。かか
るカンチレバー型プローブの駆動によりプローブ電極７
０５から記録媒体にアクセスすることによって情報の記
録再生を行う。Next, the apparatus according to the present invention will be explained using the block diagram of FIG. In FIG. 28, 705 is a probe electrode for recording by contacting the recording medium or detecting tunnel current to read recorded bits, and 704 is a schematic diagram of the cantilever type probe shown in Example 12. be. 707 is Z that can be driven by piezoelectric effect.
This is a direction fine movement control mechanism, and 706 is a Y direction fine movement control mechanism that can be driven by an electrostatic actuator. By driving such a cantilever probe, the probe electrode 7
Information is recorded and reproduced by accessing the recording medium from 05.
【０１０２】対象となる記録媒体は、ＸＹステージ７１
２上に設置される。７１０はバイアス電圧源及びプロー
ブ電流増幅器で、７０９はプローブ電流を読み取り、プ
ローブ電極７０５の高さが一定になるように圧電体にか
ける電圧を制御する再生用サーボ回路である。７１１は
記録用電圧源及びサーボ回路である。７１１から記録用
の電圧がＺ方向微動制御機構７０７に出力され、プロー
ブ電極７０５を上下させて記録媒体に接触して記録を行
うようになっている。但し、この時プローブ電流をモニ
ターして、急激な電流増加、すなわちプローブ電極７０
５と導電体薄膜層７０２の接触を検知し、その後の記録
層７０１とプローブ電極７０５の接触量を制御するよう
にサーボ回路を設け、記録用の印加電圧を調整できるよ
うになっている。また、情報の記録時の接触量（Ｚ方向
押し込み量）は、記録層７０１と導電体薄膜層７０２の
膜厚及び希望する記録ビットの大きさによるが、数ｎｍ
〜５００ｎｍ程度が好ましい。[0102] The target recording medium is the XY stage 71
It is installed on 2. 710 is a bias voltage source and a probe current amplifier, and 709 is a reproduction servo circuit that reads the probe current and controls the voltage applied to the piezoelectric body so that the height of the probe electrode 705 is constant. 711 is a recording voltage source and a servo circuit. A voltage for recording is output from 711 to the Z-direction fine movement control mechanism 707, and the probe electrode 705 is moved up and down to contact the recording medium and perform recording. However, at this time, monitor the probe current and check if there is a sudden increase in current, that is, if the probe electrode 70
A servo circuit is provided to detect the contact between the recording layer 701 and the probe electrode 705 and to control the amount of subsequent contact between the recording layer 701 and the probe electrode 705, thereby adjusting the applied voltage for recording. The amount of contact (the amount of pushing in the Z direction) when recording information depends on the thickness of the recording layer 701 and the conductive thin film layer 702 and the desired size of recording bits, but it is several nanometers.
The thickness is preferably about 500 nm.
【０１０３】尚、情報の記録時にプローブ電極７０５と
導電体薄膜層７０２が接触し、プローブ電流が急激に増
加するため、再生用サーボ回路７０９はその間出力電圧
が一定になるようにＨＯＬＤ回路をＯＮにするよう制御
している。７０８はＹ方向にプローブ電極７０５をＹ方
向微動制御機構７０６を用いて移動制御するためのＹ走
査駆動回路である。７１３と７１４は予め１０−９Ａ程
度のプローブ電流が得られるようにプローブ電極７０５
と基板７０３とのＹ方向相対変位を多きくとる（微動制
御機構の範囲外）のに用いられる。これらの各機器は、
全てマイクロコンピューター７１５により中央制御され
ている。また７１６は表示装置を表している。[0103] When recording information, the probe electrode 705 and the conductive thin film layer 702 come into contact and the probe current increases rapidly, so the reproducing servo circuit 709 turns on the HOLD circuit so that the output voltage remains constant during that time. It is controlled so that 708 is a Y-scan drive circuit for controlling the movement of the probe electrode 705 in the Y direction using a Y-direction fine movement control mechanism 706. 713 and 714 are connected to the probe electrodes 705 in advance so that a probe current of about 10-9A can be obtained.
It is used to increase the relative displacement in the Y direction between the substrate 703 and the substrate 703 (outside the range of the fine movement control mechanism). Each of these devices is
All are centrally controlled by a microcomputer 715. Further, 716 represents a display device.
【０１０４】本発明の実施例１２で説明した微小変位素
子を用いた移動制御における機械的性能を下記に示す。The mechanical performance in movement control using the minute displacement element described in Example 12 of the present invention is shown below.
【０１０５】
Ｚ方向微動制御範囲：０．１ｎｍ〜 ５μｍＹ方
向微動制御範囲： １ｎｍ〜 ２０μｍＸ方向
微動制御範囲： １ｎｍ〜１００μｍなお、Ｘ方
向はＸＹステージの駆動による。Z-direction fine movement control range: 0.1 nm to 5 μm Y-direction fine movement control range: 1 nm to 20 μm X-direction fine movement control range: 1 nm to 100 μm Note that the X direction is driven by the XY stage.
【０１０６】また、用いた記録再生装置の移動制御にお
ける機械的性能は、
ＸＹ方向粗動制御範囲：１０ｎｍ〜１０ｍｍＺ方向粗動
制御範囲 ：１０ｎｍ〜１０ｍｍ以下、説明した装置
を用いての、記録再生の実験について述べる。記録層７
０１としてポリイミドＬＢ膜を４層（約１．５ｎｍ）成
膜したものを用いた。これを、本装置にセットした。次
に、プローブ電極７０５と記録媒体との間に１．５Ｖの
バイアス電圧を印加し、プローブ電極７０５と導電体薄
膜層７０２との距離（Ｚ）を調整した。この時、距離Ｚ
を制御するためのプローブ電流ＩＰを１０−８Ａ≧ＩＰ
≧１０−１０Ａになるように設定した。In addition, the mechanical performance in movement control of the recording and reproducing apparatus used is as follows: Coarse movement control range in XY direction: 10 nm to 10 mm Coarse movement control range in Z direction: 10 nm to 10 mm We will describe the experiment. Recording layer 7
As No. 01, a polyimide LB film having four layers (approximately 1.5 nm) formed thereon was used. This was set in this device. Next, a bias voltage of 1.5 V was applied between the probe electrode 705 and the recording medium to adjust the distance (Z) between the probe electrode 705 and the conductive thin film layer 702. At this time, the distance Z
Probe current IP to control 10-8A≧IP
It was set to be ≧10-10A.
【０１０７】次に、ＸＹ方向の位置を固定したまま、プ
ローブ電極７０５のＺ方向微動制御機構７０７のカンチ
レバーの圧電体に記録用電圧を印加することにより、プ
ローブ電極７０５を上下させ、プローブ電極７０５を記
録媒体に接触させることにより、記録媒体の表面形状を
変化させて記録を行った。但し、この時プローブ電極７
０５と記録媒体の接触量を１５ｎｍに調整した。また、
再生用サーボ回路７０９はその間出力電圧が一定になる
ようにＨＯＬＤ回路をＯＮするよう制御している。Next, while the position in the XY directions is fixed, a recording voltage is applied to the piezoelectric material of the cantilever of the Z direction fine movement control mechanism 707 of the probe electrode 705 to move the probe electrode 705 up and down. By bringing the material into contact with the recording medium, recording was performed while changing the surface shape of the recording medium. However, at this time, probe electrode 7
The amount of contact between 05 and the recording medium was adjusted to 15 nm. Also,
The reproduction servo circuit 709 controls the HOLD circuit to be turned on so that the output voltage is constant during that time.
【０１０８】次に、プローブ電極７０５と記録媒体との
間に電圧を印加しながらトンネル電流を観測し、距離Ｚ
を一定に保ちながら、先ほど記録した場所にプローブ電
極７０５をＸＹ方向に走査させたところ、記録媒体の表
面形状の変化が確認でき、記録ビットを再生することが
可能であった。Next, the tunnel current is observed while applying a voltage between the probe electrode 705 and the recording medium, and the distance Z
When the probe electrode 705 was scanned in the X and Y directions at the location where the data had been recorded while keeping the data constant, changes in the surface shape of the recording medium could be confirmed, and it was possible to reproduce the recorded bits.
【０１０９】尚、本発明のカンチレバー型プローブを用
いた場合、Ｙ方向の走査範囲を非常に大きく取れるので
、この記録ビットを大量に記録再生できることは言うま
でもない。[0109] When the cantilever type probe of the present invention is used, it is possible to obtain a very large scanning range in the Y direction, so it goes without saying that a large amount of recorded bits can be recorded and reproduced.
【０１１０】（実施例１４）本実施例では、前述した情
報処理装置を使って、ＳＴＭとして実験を行った結果に
ついて述べる。(Example 14) In this example, the results of an experiment conducted as an STM using the above-mentioned information processing apparatus will be described.
【０１１１】実施例１３で述べた記録媒体を被観察物と
して走査し、プローブ電極７０５と被観察物との間に電
圧を印加し、トンネル電流値の結果を出力するとＳＴＭ
像が得られる。本実施例では被観察物としてＳｉ基板（
１００）を用いて、ＳＴＭ像を得たところ、Ｓｉ基板の
広範囲にわたって像を原子オーダーで観察でき、さらに
安定な像が得られた。When the recording medium described in Example 13 is scanned as an object to be observed, a voltage is applied between the probe electrode 705 and the object to be observed, and the result of the tunnel current value is output, the STM
An image is obtained. In this example, the object to be observed is a Si substrate (
100) to obtain an STM image, it was possible to observe a wide range of the Si substrate on the atomic order, and a more stable image was obtained.
【０１１２】[0112]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のカンチレ
バー型プローブにより以下のような効果がある。
（１）任意にカンチレバーの実効的弾性定数を変化しう
るので、例えばＡＦＭにおいて、柔かい試料から硬い試
料まで、Ｓ／Ｎ比よく観察ができる。
（２）カンチレバーをむやみに小さくする必要がなくな
るので、カンチレバー自体さらには変位測定系の作製が
容易となる。
（３）情報処理装置において、記録媒体の硬度を選ばず
使用できる。さらに、共振周波数を高く設定できるので
、高速走査が可能となり、記録情報の読み出し速度が向
上する。
（４）大きな変位量、高い精度でトンネル検出用プロー
ブの駆動が行えるので、高分解能，高安定度のＳＴＭ観
察を行うことができる。
（５）小型軽量化で高剛性化が図れるので、信頼性の高
い、高速の情報処理装置を作製することができる。
（６）圧電駆動部と静電駆動部を集積できるので、ＳＴ
Ｍ装置，情報処理装置全体の小型化が図れる。Effects of the Invention As explained above, the cantilever type probe of the present invention has the following effects. (1) Since the effective elastic constant of the cantilever can be changed arbitrarily, it is possible to observe from a soft sample to a hard sample with a good S/N ratio, for example in AFM. (2) Since there is no need to unnecessarily reduce the size of the cantilever, the cantilever itself and the displacement measurement system can be easily manufactured. (3) In an information processing device, it can be used regardless of the hardness of the recording medium. Furthermore, since the resonant frequency can be set high, high-speed scanning is possible and the reading speed of recorded information is improved. (4) Since the tunnel detection probe can be driven with a large amount of displacement and with high precision, STM observation with high resolution and high stability can be performed. (5) Since high rigidity can be achieved with reduction in size and weight, a highly reliable and high-speed information processing device can be manufactured. (6) Since the piezoelectric drive unit and electrostatic drive unit can be integrated, ST
The entire M device and information processing device can be downsized.
【０１１３】また、静電効果にて複数のカンチレバーの
反り量を独立に位置補正する機構と位置補正用の平行平
面導体とを具備したマルチプローブユニットにおいては
、
（７）操作性，安定性，耐久性の高いＳＴＭを応用した
情報処理装置が作製できる。
（８）カンチレバー一本一本の反りも静電効果により補
償することができるので、素子の歩留りも向上するとと
もに、より制御性の高いトンネル電流検知が行える。
（９）これにより、ＳＴＭを応用した情報処理装置にお
いては、超高密度な記録
，再生ができるとともに、信頼性の高い装置を供給でき
るようになった。[0113] Furthermore, in a multi-probe unit equipped with a mechanism that independently corrects the position of the warpage of a plurality of cantilevers using electrostatic effects and a parallel plane conductor for position correction, (7) operability, stability, Information processing devices applying STM can be manufactured with high durability. (8) Since the warpage of each cantilever can be compensated for by the electrostatic effect, the yield of devices is improved and tunnel current detection can be performed with higher controllability. (9) As a result, information processing devices applying STM can now perform ultra-high-density recording and playback, as well as provide highly reliable devices.
【０１１４】さらに、短冊状電極を有したカンチレバー
型プローブ及びそれを用いた情報処理装置等によれば、
（１０）カンチレバーのＹ軸のストローク量を大きくす
る。
（１１）圧電体薄膜カンチレバーの反り量を少なくする
。
（１２）情報処理装置においては、広範囲に記録媒体に
情報を記録することができる。
といったような効果がある。Furthermore, according to a cantilever type probe having a strip-shaped electrode and an information processing device using the same,
(10) Increase the Y-axis stroke amount of the cantilever. (11) Reduce the amount of warpage of the piezoelectric thin film cantilever. (12) In an information processing device, information can be recorded on a wide range of recording media. There are effects like this.
【図１】本発明の弾性定数可変タイプのカンチレバー型
プローブの原理説明図である。FIG. 1 is a diagram explaining the principle of a variable elastic constant type cantilever probe of the present invention.
【図２】図１の原理図に基づく、カンチレバー長手方向
に直角な面での断面図を示す。2 shows a cross-sectional view in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever, based on the principle diagram of FIG. 1; FIG.
【図３】本発明の弾性定数可変タイプのカンチレバー型
プローブの一態様を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing one embodiment of a variable elastic constant cantilever probe of the present invention.
【図４】本発明の弾性定数可変タイプのカンチレバー型
プローブの別の態様を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the variable elastic constant type cantilever probe of the present invention.
【図５】本発明に係るプローブ高さのばらつきを調整し
得るカンチレバー型プローブの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a cantilever probe capable of adjusting variations in probe height according to the present invention.
【図６】本発明に係るプローブ高さのばらつきを調整し
得るカンチレバー型プローブの、カンチレバーの変位量
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the amount of displacement of the cantilever of the cantilever type probe capable of adjusting variations in probe height according to the present invention.
【図７】本発明に係るプローブ高さのばらつきを調整し
得るカンチレバー型プローブの別の態様を示す図である
。FIG. 7 is a diagram illustrating another embodiment of the cantilever probe capable of adjusting variations in probe height according to the present invention.
【図８】図７に示すタイプのカンチレバー型プローブを
同一基板上に複数配列したマルチプローブユニットの斜
視図及びその一部断面図である。8 is a perspective view and a partial sectional view of a multi-probe unit in which a plurality of cantilever probes of the type shown in FIG. 7 are arranged on the same substrate; FIG.
【図９】本発明に係る短冊状電極を有したカンチレバー
型プローブの斜視図及びその断面図である。FIG. 9 is a perspective view and a sectional view of a cantilever probe having a strip-shaped electrode according to the present invention.
【図１０】図３に示すタイプのカンチレバー型プローブ
の製造工程図を示す。10 shows a manufacturing process diagram of a cantilever probe of the type shown in FIG. 3. FIG.
【図１１】図３に示すタイプのカンチレバー型プローブ
の製造工程図を示す。11 shows a manufacturing process diagram of a cantilever probe of the type shown in FIG. 3. FIG.
【図１２】実施例１で示したカンチレバー型プローブを
用いた、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of an atomic force microscope (AFM) using the cantilever probe shown in Example 1.
【図１３】実施例１で示すカンチレバー型プローブ表面
に、Ｐｔコーティング層を設けたカンチレバー型プロー
ブを示す。FIG. 13 shows a cantilever probe shown in Example 1 in which a Pt coating layer is provided on the surface of the cantilever probe.
【図１４】図１３に示すカンチレバー型プローブを用い
た、情報処理装置の構成図である。14 is a configuration diagram of an information processing device using the cantilever probe shown in FIG. 13. FIG.
【図１５】図７に示すタイプのカンチレバー型プローブ
の製造工程図を示す。15 shows a manufacturing process diagram of a cantilever probe of the type shown in FIG. 7. FIG.
【図１６】実施例７に係る走査型トンネル顕微鏡の構成
図を示す。FIG. 16 shows a configuration diagram of a scanning tunneling microscope according to Example 7.
【図１７】実施例８に係る情報処理装置の構成図を示す
。FIG. 17 shows a configuration diagram of an information processing device according to an eighth embodiment.
【図１８】実施例８に係るパルス電圧波形を示す図であ
る。FIG. 18 is a diagram showing a pulse voltage waveform according to Example 8.
【図１９】実施例９に係るマルチプローブユニットの構
成図である。FIG. 19 is a configuration diagram of a multi-probe unit according to Example 9.
【図２０】実施例９に係るマルチプローブユニットの構
成図である。FIG. 20 is a configuration diagram of a multi-probe unit according to Example 9.
【図２１】実施例９に係る位置補正のブロック図である
。FIG. 21 is a block diagram of position correction according to the ninth embodiment.
【図２２】実施例１０に係るマルチプローブユニットを
用いた、情報処理装置の構成図である。FIG. 22 is a configuration diagram of an information processing apparatus using a multi-probe unit according to Example 10.
【図２３】実施例１１に係るカンチレバーの駆動原理説
明図である。23 is a diagram illustrating the driving principle of the cantilever according to Example 11. FIG.
【図２４】実施例１１に係るカンチレバー型プローブの
製造工程図を示す。FIG. 24 shows a manufacturing process diagram of a cantilever probe according to Example 11.
【図２５】実施例１２に係るマルチプローブユニットの
外観斜視図である。FIG. 25 is an external perspective view of a multi-probe unit according to Example 12.
【図２６】実施例１２に係るマルチプローブユニットの
、短冊状電極を示した構成斜視図である。FIG. 26 is a structural perspective view showing strip-shaped electrodes of a multi-probe unit according to Example 12.
【図２７】情報処理装置における、記録媒体への情報の
記録あるいは再生方法を説明するための模式図である。FIG. 27 is a schematic diagram for explaining a method of recording or reproducing information on a recording medium in an information processing apparatus.
【図２８】実施例１３に係る情報処理装置の構成を示す
ブロック図である。FIG. 28 is a block diagram showing the configuration of an information processing device according to a thirteenth embodiment.
【図２９】従来のカンチレバー型プローブを示す。FIG. 29 shows a conventional cantilever probe.
【図３０】従来のカンチレバー型プローブの駆動状態を
示す図である。FIG. 30 is a diagram showing a driving state of a conventional cantilever probe.
１ カンチレバー
２ プローブ（探針）
３ 基板
４ 圧電体
５，６，７ 電極
８ 圧電体変形用電源
９，１０ 圧電体
１１，１２，１３，１４，１５ 電極１６ 支持台
１７，１８ 電極
１９ 絶縁体
２０ 電極
２１ 圧電体
２２ トンネル電流引き出し電極
２３ 電流電圧変換増幅器
２４ 信号出力
２５ 圧電体駆動用交流電源
２６ 静電駆動用直流電源
２７ 電極
２８ Ｓｉ基板
２９ 電極
３０ 誘電体
３１ 圧電体
３２ ガラス基板
３３，３４ 電極
３５ 導電体
４１ 弾性薄膜
４２ 圧電体薄膜
４３ 電極
４４ プローブ
４５ Ｓｉ基板
４６ 短冊状電極
４７ ｎ−Ｓｉ層
４８ Ｐ＋層
４９ 電極
５１，５２ 絶縁体
６１ 記録層
６２ 導電体薄膜
６３ 基板
６４ 記録ビット
６５ プローブ
７１ 圧電体
７２ 電極
７３ プローブ
１０１ Ｓｉ基板
１０２，１０３ シリコン窒化膜
１０４ ＺｎＯ膜
１０５，１０６ Ａｕ電極
１０７ プローブ
１０８ アモルファスシリコン窒化膜１０９ Ａｕ
引き出し電極
１１０ プローブ
１１１ Ａｕ電極
１１２ ＺｎＯ膜
１１３ Ａｕ電極
１１４ ＺｎＯ膜
１１５ Ａｕ電極
１１６ プローブ
１１７ Ｐｔコーティング層
２０１ 除振台
２０２ 支持台
２０３ ＸＹステージ
２０４ Ｚ微動機構
２０５ 試料
２０６ カンチレバー
２０７ 探針（プローブ）
２０８ 光ファイバー
２０９ Ｈｅ−Ｎｅレーザー
２１０ ビームスプリッタ
２１１ 光検出器
２１２ ＸＹ走査制御部
２１３ Ｚ方向フィードバック制御部２１４ マイ
クロコンピュータ
２１５ 記録媒体
２１６ パルス電圧印加装置
３１０ Ｓｉ基板
３１１ シリコン熱酸化膜
３１２，３１３ シリコン窒化膜
３１４ 電極
４０１ 除振台
４０２ ＸＹ走査機構
４０３ サンプル
４０４ Ｚ粗動機構
４０５ カンチレバー
４０６ プローブ（探針）
４０７ ＸＹ駆動回路
４０８ バイアス印加回路
４０９ トンネル電流検出回路
４１０ Ｚ駆動回路
４１１ 静電駆動回路
４１２ 圧電駆動（フィードバック）回路４１３
マイクロコンピュータ
４１４ 表示装置
５０１ 除振台
５０２ ＸＹ走査機構
５０３ 記録媒体
５０４ Ｚ粗動機構
５０５ マルチプローブ基板
５０６ カンチレバー
５０７ プローブ（探針）
５０８ ＸＹ駆動回路
５０９ バイアス印加回路
５１０ Ｚ駆動回路
５１１ トンネル電流検出回路
５１２ 静電駆動回路
５１３ 圧電駆動（フィードバック）回路５１４
マイクロコンピュータ
６０１ 基板
６０２ 金属電極層
６０３ 記録層
６０４ ＸＹステージ
６０５ マルチプローブユニット
６０６ 支持体
６０７ Ｚ軸方向駆動リニアアクチュエーター６０８
Ｘ軸方向駆動リニアアクチュエーター６０９ Ｙ
軸方向駆動リニアアクチュエーター６１０ バイアス
回路
６１１ トンネル電流検出器
６１２ サーボ回路
６１３ アクチュエーター
６１４ サーボ回路
６１５ ＸＹステージ駆動回路
６１６ コンピュータ
７０１ 記録層
７０２ 導電体薄膜
７０３ 基板
７０４ カンチレバー型プローブ
７０５ プローブ電極
７０６ Ｙ方向微動制御機構
７０７ Ｚ方向微動制御機構
７０８ Ｙ走査駆動回路
７０９ 再生用サーボ回路
７１０ バイアス電圧源及びプローブ電流増幅器７１
１ 記録用電圧源及びサーボ回路７１２ ＸＹステ
ージ
７１３ 粗動機構
７１４ 粗動駆動回路
７１５ マイクロコンピュータ
７１６ 表示装置1 Cantilever 2 Probe 3 Substrate 4 Piezoelectric material 5, 6, 7 Electrode 8 Piezoelectric material deformation power source 9, 10 Piezoelectric material 11, 12, 13, 14, 15 Electrode 16 Support base 17, 18 Electrode 19 Insulator 20 Electrode 21 Piezoelectric body 22 Tunnel current extraction electrode 23 Current-voltage conversion amplifier 24 Signal output 25 AC power source for driving piezoelectric body 26 DC power source for electrostatic drive 27 Electrode 28 Si substrate 29 Electrode 30 Dielectric body 31 Piezoelectric body 32 Glass substrate 33, 34 Electrode 35 Conductor 41 Elastic thin film 42 Piezoelectric thin film 43 Electrode 44 Probe 45 Si substrate 46 Strip-shaped electrode 47 N-Si layer 48 P+ layer 49 Electrodes 51, 52 Insulator 61 Recording layer 62 Conductor thin film 63 Substrate 64 Recording bit 65 Probe 71 Piezoelectric body 72 Electrode 73 Probe 101 Si substrate 102, 103 Silicon nitride film 104 ZnO film 105, 106 Au electrode 107 Probe 108 Amorphous silicon nitride film 109 Au
Extracting electrode 110 Probe 111 Au electrode 112 ZnO film 113 Au electrode 114 ZnO film 115 Au electrode 116 Probe 117 Pt coating layer 201 Vibration isolation table 202 Support stand 203 XY stage 204 Z fine movement mechanism 205 Sample 206 Cantilever 207 Probe 208 Optical fiber 209 He-Ne laser 210 Beam splitter 211 Photodetector 212 XY scan control section 213 Z direction feedback control section 214 Microcomputer 215 Recording medium 216 Pulse voltage application device 310 Si substrate 311 Silicon thermal oxide film 312, 313 Silicon nitride film 314 Electrode 401 Vibration isolation table 402 XY scanning mechanism 403 Sample 404 Z coarse movement mechanism 405 Cantilever 406 Probe 407 XY drive circuit 408 Bias application circuit 409 Tunnel current detection circuit 410 Z drive circuit 411 Electrostatic drive circuit 412 Piezoelectric drive ( feedback) circuit 413
Microcomputer 414 Display device 501 Anti-vibration table 502 XY scanning mechanism 503 Recording medium 504 Z coarse movement mechanism 505 Multi-probe substrate 506 Cantilever 507 Probe 508 XY drive circuit 509 Bias application circuit 510 Z drive circuit 511 Tunnel current detection circuit 512 Electrostatic drive circuit 513 Piezoelectric drive (feedback) circuit 514
Microcomputer 601 Substrate 602 Metal electrode layer 603 Recording layer 604 XY stage 605 Multi-probe unit 606 Support body 607 Z-axis direction drive linear actuator 608
X-axis direction drive linear actuator 609 Y
Axial drive linear actuator 610 Bias circuit 611 Tunnel current detector 612 Servo circuit 613 Actuator 614 Servo circuit 615 XY stage drive circuit 616 Computer 701 Recording layer 702 Conductor thin film 703 Substrate 704 Cantilever probe 705 Probe electrode 706 Y-direction fine movement control mechanism 707 Z direction fine movement control mechanism 708 Y scan drive circuit 709 Reproduction servo circuit 710 Bias voltage source and probe current amplifier 71
1 Recording voltage source and servo circuit 712 XY stage 713 Coarse movement mechanism 714 Coarse movement drive circuit 715 Microcomputer 716 Display device
Claims (13)
と該弾性変形部の先端にプローブを有するカンチレバー
型プローブにおいて、該カンチレバーの長手方向に直交
する面での断面形状を変化させるための少なくとも一層
の圧電体層と、該圧電体に電圧を印加するための少なく
とも一組の電極とを具備していることを特徴とするカン
チレバー型プローブ。1. A cantilever type probe having an elastically deformable portion having a cantilever shape and a probe at the tip of the elastically deformable portion, comprising at least one piezoelectric layer for changing the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever. A cantilever type probe comprising a body layer and at least one set of electrodes for applying a voltage to the piezoelectric body.
ブを、少なくとも有することを特徴とする原子間力顕微
鏡。2. An atomic force microscope comprising at least the cantilever probe according to claim 1.
ブを、少なくとも有することを特徴とする情報処理装置
。3. An information processing device comprising at least the cantilever probe according to claim 1.
と該弾性変形部の先端にプローブを有するカンチレバー
型プローブの駆動方法において、該カンチレバーが少な
くとも一層の圧電体と、該圧電体に電界を印加するため
の少なくとも一組の電極とを具備し、かつ、該カンチレ
バーと該カンチレバーの支持台との間で平行平板型コン
デンサを構成しており、該平行平板型コンデンサに電圧
を印加することにより粗動を行い、該圧電体に電界を印
加することにより微動を行い、かつ、該粗動及び微動の
変位方向が同一になるようにすることを特徴とするカン
チレバー型プローブの駆動方法。4. A method for driving a cantilever type probe having an elastically deformable portion having a cantilever shape and a probe at the tip of the elastically deformable portion, the cantilever comprising at least one layer of piezoelectric material and applying an electric field to the piezoelectric material. a parallel plate capacitor is formed between the cantilever and a support for the cantilever, and coarse movement is caused by applying a voltage to the parallel plate capacitor. 1. A method for driving a cantilever type probe, comprising: performing fine movement by applying an electric field to the piezoelectric body; and making the displacement directions of the coarse movement and the fine movement the same.
ブの駆動方法を用いることを特徴とする走査型トンネル
顕微鏡。5. A scanning tunneling microscope characterized by using the method for driving a cantilever probe according to claim 4.
ブの駆動方法を用いることを特徴とする情報処理装置。6. An information processing device using the method for driving a cantilever probe according to claim 4.
型プローブを同一面内に複数設け、該複数のカンチレバ
ーの各々に対して、その反り量を静電効果により独立に
位置補正する機構を設けたことを特徴とするマルチプロ
ーブユニット。[Claim 7] A plurality of cantilever probes that are displaced by a piezoelectric effect are provided in the same plane, and a mechanism is provided for each of the plurality of cantilevers to independently correct the position of the amount of warpage by an electrostatic effect. A multi-probe unit characterized by:
効果により位置補正する際の電圧を、独立にホールドす
る手段を具備することを特徴とする請求項７記載のマル
チプローブユニット。8. The multi-probe unit according to claim 7, further comprising means for independently holding a voltage when positionally correcting the amount of warpage of each of the cantilevers by an electrostatic effect.
ブユニットを、少なくとも有することを特徴とする情報
処理装置。9. An information processing device comprising at least the multi-probe unit according to claim 7 or 8.
ーブユニットを、少なくとも有することを特徴とする走
査型トンネル顕微鏡。10. A scanning tunneling microscope comprising at least the multi-probe unit according to claim 7 or 8.
ー型プローブをＳｉ基板上に形成される複数の短冊状電
極上方に保持し、前記短冊状電極に電圧を加える手段に
より、静電効果にて前記カンチレバーを、その幅方向に
駆動し得るものであることを特徴とするカンチレバー型
プローブ。11. A cantilever probe that is displaced by a piezoelectric effect is held above a plurality of strip-shaped electrodes formed on a Si substrate, and by means of applying voltage to the strip-shaped electrodes, the probe is moved by an electrostatic effect. A cantilever probe characterized in that the cantilever can be driven in its width direction.
よりカンチレバーの厚さ方向に変位する手段と、静電効
果にてカンチレバーの幅方向に固有振動する手段を具備
したことを特徴とするカンチレバー型プローブ。12. A cantilever type probe, characterized in that the probe is provided with means for displacing in the thickness direction of the cantilever by applying a voltage to the piezoelectric body, and means for causing natural vibration in the width direction of the cantilever due to an electrostatic effect. probe.
レバー型プローブを、少なくとも有することを特徴とす
る情報処理装置。13. An information processing device comprising at least the cantilever probe according to claim 11 or 12.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3149323A JP3015974B2 (en) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | Multi-probe unit, information processing device, scanning tunneling microscope, cantilever probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3149323A JP3015974B2 (en) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | Multi-probe unit, information processing device, scanning tunneling microscope, cantilever probe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04350510A true JPH04350510A (en) | 1992-12-04 |
| JP3015974B2 JP3015974B2 (en) | 2000-03-06 |
Family
ID=15472607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3149323A Expired - Fee Related JP3015974B2 (en) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | Multi-probe unit, information processing device, scanning tunneling microscope, cantilever probe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3015974B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5537863A (en) * | 1993-07-15 | 1996-07-23 | Nikon Corporation | Scanning probe microscope having a cantilever used therein |
| US5689063A (en) * | 1993-07-15 | 1997-11-18 | Nikon Corporation | Atomic force microscope using cantilever attached to optical microscope |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101794549B1 (en) * | 2016-03-22 | 2017-11-08 | 연세대학교 산학협력단 | Tip structure of electrical resonance mode scanning probe microspoe for large-area image obtaining and the manufacturing method of this |
-
1991
- 1991-05-27 JP JP3149323A patent/JP3015974B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5537863A (en) * | 1993-07-15 | 1996-07-23 | Nikon Corporation | Scanning probe microscope having a cantilever used therein |
| US5689063A (en) * | 1993-07-15 | 1997-11-18 | Nikon Corporation | Atomic force microscope using cantilever attached to optical microscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3015974B2 (en) | 2000-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5461605A (en) | Information recording/reproducing method, recording carrier and apparatus for recording and/or reproducing information on information recording carrier by use of probe electrode | |
| US5412641A (en) | Information recording/reproducing apparatus for recording/reproducing information with probes | |
| JP3450349B2 (en) | Cantilever probe | |
| US5506829A (en) | Cantilever probe and apparatus using the same | |
| JP2923813B2 (en) | Cantilever displacement element, scanning tunneling microscope using the same, and information processing apparatus | |
| US7260051B1 (en) | Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit | |
| JP3198355B2 (en) | Small displacement element, scanning tunnel microscope using the same, and information processing apparatus | |
| US7652972B2 (en) | Nano data writing and reading apparatus using cantilever structure and fabrication method thereof | |
| JPH0518741A (en) | Micro displacement type information detecting probe element, and scanning type tunneling microscope, interatomic force microscope and information processor using the probe element | |
| JP3029916B2 (en) | Information processing device | |
| JP3069923B2 (en) | Cantilever probe, atomic force microscope, information recording / reproducing device | |
| JPH06231493A (en) | Mechanism for positioning base plate and recording and reproducing device | |
| JPH04350510A (en) | Cantilever-type probe and driving method therefor, multi--probe unit, information processing device, interatomic force microscope, and scanning-type tunnel microscope | |
| JP3076467B2 (en) | Surface matching method and tunnel microscope and recording / reproducing apparatus using the same | |
| JP3203433B2 (en) | Displacement element, detection element using the same, scanning tunnel microscope using the detection element, information processing apparatus | |
| JP2000082244A (en) | Information processor for controlling two planes in parallel, and method therefor | |
| JP3234722B2 (en) | Arc-shaped warped lever type actuator, method of driving the actuator, and information processing apparatus using information input / output probe | |
| JPH0821841A (en) | Fine displacement element and information processing device therewith | |
| JP3060142B2 (en) | Driving method of cantilever type displacement element, scanning tunneling microscope, information processing apparatus, and cantilever type displacement element | |
| JP3088576B2 (en) | Scanning tunnel microscope with integrated actuator and information processing device with integrated actuator | |
| Barrett | Development and applications of atomic force microscopy | |
| JPH0552508A (en) | Cantilever-type actuator, and scanning tunneling microscope and information processing device using the same | |
| JPH06317404A (en) | Cantilever type actuator, scanning probe microscope using it, and information processor | |
| JPH07110969A (en) | Face alignment method, position control mechanism and information processor with the mechanism | |
| JPH04223203A (en) | Cantilever type probe and information processing device and method using it |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991116 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081224 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081224 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091224 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091224 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101224 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |