JPH06313847A - カンチレバー型アクチュエータ、カンチレバー型プローブ及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡並びに情報処理装置 - Google Patents
カンチレバー型アクチュエータ、カンチレバー型プローブ及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡並びに情報処理装置Info
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- JPH06313847A JPH06313847A JP5123231A JP12323193A JPH06313847A JP H06313847 A JPH06313847 A JP H06313847A JP 5123231 A JP5123231 A JP 5123231A JP 12323193 A JP12323193 A JP 12323193A JP H06313847 A JPH06313847 A JP H06313847A
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- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 走査型トンネル顕微鏡やこれを応用した情報
処理装置等に用いられ、制御性良く大きな変位量が得ら
れ且つ特性の安定したカンチレバー型アクチュエータを
提供する。 【構成】 絶縁層５の上下に一対のコイル状の電極層
４，７を有するカンチレバー２が基板１上に形成されて
おり、電極層４と電極層７が貫通孔６を介して電気的に
接続されて１つのコイルを形成しているカンチレバー型
アクチュエータ。
処理装置等に用いられ、制御性良く大きな変位量が得ら
れ且つ特性の安定したカンチレバー型アクチュエータを
提供する。 【構成】 絶縁層５の上下に一対のコイル状の電極層
４，７を有するカンチレバー２が基板１上に形成されて
おり、電極層４と電極層７が貫通孔６を介して電気的に
接続されて１つのコイルを形成しているカンチレバー型
アクチュエータ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル電流検出装置
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられるカンチレバー型
アクチュエータ及びカンチレバー型プローブ、さらに
は、これらを用いた走査型トンネル顕微鏡、及び走査型
トンネル顕微鏡の手法により情報の記録、再生、消去等
を行う情報処理装置に関する。
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられるカンチレバー型
アクチュエータ及びカンチレバー型プローブ、さらに
は、これらを用いた走査型トンネル顕微鏡、及び走査型
トンネル顕微鏡の手法により情報の記録、再生、消去等
を行う情報処理装置に関する。
【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． Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ
ａｌ．， Ｈｅｌｖｅｔｉｃａ Ｐｈｙｓｉｃａ Ａｃ
ｔａ， ５５， ７２６ （１９８２）］、単結晶、非
結晶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。
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． Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ
ａｌ．， Ｈｅｌｖｅｔｉｃａ Ｐｈｙｓｉｃａ Ａｃ
ｔａ， ５５， ７２６ （１９８２）］、単結晶、非
結晶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。
【０００３】かかるＳＴＭは、導電性プローブ（探針）
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、その間に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
かつ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ーの分解能で観察することができ
る。
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、その間に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
かつ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ーの分解能で観察することができ
る。
【０００４】このＳＴＭを用いた解析は導電性材料に限
られるが、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁膜の
構造解析にも応用され始めている。更に、上述の装置、
手段は微小電流を検知する方法を用いているため、媒体
に損傷を与えず、かつ低電力で観測できる利点をも有す
る。また、大気中での動作も可能であるためＳＴＭの広
範囲な応用が期待されている。
られるが、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁膜の
構造解析にも応用され始めている。更に、上述の装置、
手段は微小電流を検知する方法を用いているため、媒体
に損傷を与えず、かつ低電力で観測できる利点をも有す
る。また、大気中での動作も可能であるためＳＴＭの広
範囲な応用が期待されている。
【０００５】特に、特開昭６３−１６１５５３号公報等
に提案されているように、高密度な記録再生装置として
の実用化が積極的に進められている。これは、ＳＴＭと
同様のプローブを用いて、プローブと記録媒体間に印加
する電圧を変化させて記録を行うものである。
に提案されているように、高密度な記録再生装置として
の実用化が積極的に進められている。これは、ＳＴＭと
同様のプローブを用いて、プローブと記録媒体間に印加
する電圧を変化させて記録を行うものである。
【０００６】従来、これらの記録再生装置に用いられた
プローブの形成手法としては、半導体製造プロセス技術
を用い、１つの基板上に微細な構造を作る加工技術
［Ｋ．Ｅ． Ｐｅｔｅｒｓｏｎ， “Ｓｉｌｉｃｏｎ
ａｓ ａ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥ
ＥＥ， ７０（５）， ４２０−４５７（１９８２）］
が知られていた。このような手法により構成したＳＴＭ
が、特開昭６１−２０６１４８号公報に提案されてい
る。これは単結晶シリコンを基板として、微細加工によ
り基板面と平行な方向（ＸＹ方向）に微動できる平行バ
ネを形成し、更にその可動部にプローブを形成したカン
チレバー（片持ち梁）部を設け、該カンチレバー部と底
面部との間に電界を与え、静電力により基板表面と直角
な方向（Ｚ方向）に変位するように構成されている。ま
た、上記カンチレバー部に圧電性を有する薄膜を用い、
平行平板電極により電圧を印加し、逆圧電効果による変
位を利用するものも提案されている。
プローブの形成手法としては、半導体製造プロセス技術
を用い、１つの基板上に微細な構造を作る加工技術
［Ｋ．Ｅ． Ｐｅｔｅｒｓｏｎ， “Ｓｉｌｉｃｏｎ
ａｓ ａ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥ
ＥＥ， ７０（５）， ４２０−４５７（１９８２）］
が知られていた。このような手法により構成したＳＴＭ
が、特開昭６１−２０６１４８号公報に提案されてい
る。これは単結晶シリコンを基板として、微細加工によ
り基板面と平行な方向（ＸＹ方向）に微動できる平行バ
ネを形成し、更にその可動部にプローブを形成したカン
チレバー（片持ち梁）部を設け、該カンチレバー部と底
面部との間に電界を与え、静電力により基板表面と直角
な方向（Ｚ方向）に変位するように構成されている。ま
た、上記カンチレバー部に圧電性を有する薄膜を用い、
平行平板電極により電圧を印加し、逆圧電効果による変
位を利用するものも提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電体
薄膜を用いて屈曲変位を発生させる上記従来例のカンチ
レバー型アクチュエータにおいては、例えば酸化亜鉛膜
のような圧電体薄膜を逆圧電効果により変位させている
ので、酸化亜鉛膜の圧電性を制御しなければならない。
また、精度の高い変位を得るためには、カンチレバーに
ある程度の剛性を持たせる必要があるが、カンチレバー
の変位量と剛性は相反しており、ある程度の剛性を持た
せた上に大きい変位を得るには圧電体薄膜に大きな電圧
をかけなくてはならない。さらに、酸化亜鉛膜は大気に
放置すると、水分の吸着により圧電性が低下し精度の良
い変位が得られなくなる。
薄膜を用いて屈曲変位を発生させる上記従来例のカンチ
レバー型アクチュエータにおいては、例えば酸化亜鉛膜
のような圧電体薄膜を逆圧電効果により変位させている
ので、酸化亜鉛膜の圧電性を制御しなければならない。
また、精度の高い変位を得るためには、カンチレバーに
ある程度の剛性を持たせる必要があるが、カンチレバー
の変位量と剛性は相反しており、ある程度の剛性を持た
せた上に大きい変位を得るには圧電体薄膜に大きな電圧
をかけなくてはならない。さらに、酸化亜鉛膜は大気に
放置すると、水分の吸着により圧電性が低下し精度の良
い変位が得られなくなる。
【０００８】また、上記のような圧電体薄膜の特性の変
動や、薄膜製膜時の欠陥などのため、多数のアクチュエ
ータを集積した場合、各アクチュエータの動作特性にば
らつきが生ずることがあった。
動や、薄膜製膜時の欠陥などのため、多数のアクチュエ
ータを集積した場合、各アクチュエータの動作特性にば
らつきが生ずることがあった。
【０００９】従って、本発明の目的とするところは、容
易に大きな変位量が得られ、特性の安定したカンチレバ
ー型アクチュエータ、更には、各カンチレバー型アクチ
ュエータの特性が均一な集積化カンチレバー型アクチュ
エータを提供することにある。
易に大きな変位量が得られ、特性の安定したカンチレバ
ー型アクチュエータ、更には、各カンチレバー型アクチ
ュエータの特性が均一な集積化カンチレバー型アクチュ
エータを提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、上記カンチレバー型
アクチュエータを用いたカンチレバー型プローブ、更に
は、該カンチレバーを用いた信頼性、安定性に優れたＳ
ＴＭ並びに情報処理装置を提供することにある。
アクチュエータを用いたカンチレバー型プローブ、更に
は、該カンチレバーを用いた信頼性、安定性に優れたＳ
ＴＭ並びに情報処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
すべく成された本発明は、第１に、外部磁場により変位
可能なカンチレバー型アクチュエータであって、該カン
チレバーは薄膜絶縁体と薄膜電極を積層して構成され、
少なくとも一層の上記薄膜絶縁体の上下層には平板状に
コイルを形成している一対の薄膜電極を有し、該一対の
薄膜電極は上記平板状コイルの最も内側の部分において
互いに接続されて一つのコイルを形成していることを特
徴とするカンチレバー型アクチュエータである。
すべく成された本発明は、第１に、外部磁場により変位
可能なカンチレバー型アクチュエータであって、該カン
チレバーは薄膜絶縁体と薄膜電極を積層して構成され、
少なくとも一層の上記薄膜絶縁体の上下層には平板状に
コイルを形成している一対の薄膜電極を有し、該一対の
薄膜電極は上記平板状コイルの最も内側の部分において
互いに接続されて一つのコイルを形成していることを特
徴とするカンチレバー型アクチュエータである。
【００１２】第２に、前記第１のカンチレバー型アクチ
ュエータが、同一のシリコン単結晶基板上に複数配置さ
れていることを特徴とする集積化カンチレバー型アクチ
ュエータである。
ュエータが、同一のシリコン単結晶基板上に複数配置さ
れていることを特徴とする集積化カンチレバー型アクチ
ュエータである。
【００１３】第３に、前記第１又は第２のカンチレバー
型アクチュエータの前記カンチレバーの自由端部に導電
性の探針を有し、該探針にはカンチレバーの周辺部に配
線された一対の引出し電極が接続されており、該一対の
引出し電極が上記カンチレバーを支持する基板上におい
て互いに接続されていることを特徴とするカンチレバー
型プローブである。
型アクチュエータの前記カンチレバーの自由端部に導電
性の探針を有し、該探針にはカンチレバーの周辺部に配
線された一対の引出し電極が接続されており、該一対の
引出し電極が上記カンチレバーを支持する基板上におい
て互いに接続されていることを特徴とするカンチレバー
型プローブである。
【００１４】第４に、前記第３のカンチレバー型プロー
ブを具備することを特徴とする走査型トンネル顕微鏡で
ある。
ブを具備することを特徴とする走査型トンネル顕微鏡で
ある。
【００１５】第５に、トンネル電流を用いて記録媒体に
対して情報の記録再生等を行う情報処理装置において、
前記第３のカンチレバー型プローブを具備することを特
徴とする情報処理装置である。
対して情報の記録再生等を行う情報処理装置において、
前記第３のカンチレバー型プローブを具備することを特
徴とする情報処理装置である。
【００１６】以下、図面を用いながら本発明を説明す
る。
る。
【００１７】図１は本発明の特徴を最もよく表すカンチ
レバー型アクチュエータの構成図であり、図１（ａ）は
下層の薄膜電極パターンを示し、図１（ｂ）は上層の薄
膜電極パターンを示し、図１（ｃ）は図１（ｂ）中の破
線Ａ−Ａ’の位置における断面図である。
レバー型アクチュエータの構成図であり、図１（ａ）は
下層の薄膜電極パターンを示し、図１（ｂ）は上層の薄
膜電極パターンを示し、図１（ｃ）は図１（ｂ）中の破
線Ａ−Ａ’の位置における断面図である。
【００１８】図１において、１は基板、２はカンチレバ
ー部、３は下部絶縁膜、４は下層電極、５は上部絶縁
膜、６は貫通孔、７は上層電極である。
ー部、３は下部絶縁膜、４は下層電極、５は上部絶縁
膜、６は貫通孔、７は上層電極である。
【００１９】本実施態様において、基板１に支持されて
いるカンチレバー部２の下部絶縁膜３上には、コイル状
に下層電極４が形成されている（図１（ａ）参照）。
いるカンチレバー部２の下部絶縁膜３上には、コイル状
に下層電極４が形成されている（図１（ａ）参照）。
【００２０】このような構成の上に上部絶縁膜５が形成
されており、コイル状の下層電極４の最も内側部分の上
の上部絶縁膜５には貫通孔６が形成されている。また、
上部絶縁膜５の上には下層電極４のパターンと対称なパ
ターンでコイル状に上層電極７が形成されている（図１
（ｂ）参照）。
されており、コイル状の下層電極４の最も内側部分の上
の上部絶縁膜５には貫通孔６が形成されている。また、
上部絶縁膜５の上には下層電極４のパターンと対称なパ
ターンでコイル状に上層電極７が形成されている（図１
（ｂ）参照）。
【００２１】コイル状の下層電極４と上層電極７は共に
その最も内側部分において貫通孔６を介して電気的に接
続されている（図１（ｃ）参照）。
その最も内側部分において貫通孔６を介して電気的に接
続されている（図１（ｃ）参照）。
【００２２】以上のような構成とし、外部より下層電極
４と上層電極７に駆動電流を流すことにより磁界が発生
する。この駆動電流により発生する磁界の様子を模式的
に表したのが図２である。図２において、２１，２２は
薄膜電極内を流れる駆動電流の方向を示しており、２３
は前記駆動電流によって形成される磁界を示している。
この磁界２３の強度及び方向は駆動電流の大きさと方向
に依存し、調節することができる。
４と上層電極７に駆動電流を流すことにより磁界が発生
する。この駆動電流により発生する磁界の様子を模式的
に表したのが図２である。図２において、２１，２２は
薄膜電極内を流れる駆動電流の方向を示しており、２３
は前記駆動電流によって形成される磁界を示している。
この磁界２３の強度及び方向は駆動電流の大きさと方向
に依存し、調節することができる。
【００２３】本発明のカンチレバー型アクチュエータ
は、カンチレバーの周囲にカンチレバー面に対して垂直
方向に外部磁界を形成した場合、駆動電流によって発生
する前記図２に示した磁界との相互作用により、カンチ
レバー部２を上方或は下方へ変位させることができる。
尚、その際の変位量及び変位方向は、駆動電流の大きさ
と方向により制御できる。
は、カンチレバーの周囲にカンチレバー面に対して垂直
方向に外部磁界を形成した場合、駆動電流によって発生
する前記図２に示した磁界との相互作用により、カンチ
レバー部２を上方或は下方へ変位させることができる。
尚、その際の変位量及び変位方向は、駆動電流の大きさ
と方向により制御できる。
【００２４】本発明に係る薄膜電極の材料は、例えばＡ
ｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ等の金属や他の導電性物質を用い
ることができ、特に限定されない。
ｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ等の金属や他の導電性物質を用い
ることができ、特に限定されない。
【００２５】また、薄膜絶縁体の材料も特に限定される
ものではないが、熱的、化学的に安定な材料が好まし
く、例えばＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ、ＰＳＧ、Ｂ
ＰＳＧ等を用いることができる。
ものではないが、熱的、化学的に安定な材料が好まし
く、例えばＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ、ＰＳＧ、Ｂ
ＰＳＧ等を用いることができる。
【００２６】以上の構成を特徴とする本発明のカンチレ
バー型アクチュエータは、従来のように熱的、化学的に
不安定でその配向性を制御しなければならない酸化亜鉛
のような圧電材料を使用しないため、特性の安定したア
クチュエータとすることができ、更には、コイル状の２
層以上の薄膜電極を、駆動電流により発生する磁界の方
向を同じくして積層することができるため、より小さな
駆動電流で大きな変位量を得ることができる。
バー型アクチュエータは、従来のように熱的、化学的に
不安定でその配向性を制御しなければならない酸化亜鉛
のような圧電材料を使用しないため、特性の安定したア
クチュエータとすることができ、更には、コイル状の２
層以上の薄膜電極を、駆動電流により発生する磁界の方
向を同じくして積層することができるため、より小さな
駆動電流で大きな変位量を得ることができる。
【００２７】次に、本発明のカンチレバー型プローブに
ついて説明する。図３は、図１に示した本発明のカンチ
レバー型アクチュエータを用いて構成した本発明のカン
チレバー型プローブの構成図であり、図３（ａ）は平面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）中の破線Ａ−Ａ’の位置に
おける断面図である。
ついて説明する。図３は、図１に示した本発明のカンチ
レバー型アクチュエータを用いて構成した本発明のカン
チレバー型プローブの構成図であり、図３（ａ）は平面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）中の破線Ａ−Ａ’の位置に
おける断面図である。
【００２８】図３において、図１と同一符号で示したも
のは同一部材であり、３１Ｌ，３１Ｒは引出し電極、３
２は探針、３３は信号取出し電極である。
のは同一部材であり、３１Ｌ，３１Ｒは引出し電極、３
２は探針、３３は信号取出し電極である。
【００２９】本実施態様において、カンチレバー部２の
最外周部分には一対の引出し電極３１Ｌ，３１Ｒが形成
されており、引出し電極３１Ｌと３１Ｒはカンチレバー
の自由端部と基板１上において電気的に接続され閉回路
を形成している。更に、カンチレバーの自由端部に、引
出し電極３１Ｌ，３１Ｒと電気的に接続された導電性の
探針３２が形成されている。
最外周部分には一対の引出し電極３１Ｌ，３１Ｒが形成
されており、引出し電極３１Ｌと３１Ｒはカンチレバー
の自由端部と基板１上において電気的に接続され閉回路
を形成している。更に、カンチレバーの自由端部に、引
出し電極３１Ｌ，３１Ｒと電気的に接続された導電性の
探針３２が形成されている。
【００３０】このような構成を有する本発明のカンチレ
バー型プローブは、走査型トンネル顕微鏡のプローブと
して用いることができる。即ち、外部磁場の存在下で薄
膜電極４，７に駆動電流を流すことによりカンチレバー
部２を変位させ、探針３２を観察しようとする導電性の
媒体へこれらの間にトンネル電流が流れる距離まで接近
させる。このトンネル電流を、引出し電極を通じて外部
へ導き増幅を行い、上記駆動電流にフィードバックをか
け、その変化をモニターすることにより媒体表面の極微
細な凹凸形状の観察が可能となる。
バー型プローブは、走査型トンネル顕微鏡のプローブと
して用いることができる。即ち、外部磁場の存在下で薄
膜電極４，７に駆動電流を流すことによりカンチレバー
部２を変位させ、探針３２を観察しようとする導電性の
媒体へこれらの間にトンネル電流が流れる距離まで接近
させる。このトンネル電流を、引出し電極を通じて外部
へ導き増幅を行い、上記駆動電流にフィードバックをか
け、その変化をモニターすることにより媒体表面の極微
細な凹凸形状の観察が可能となる。
【００３１】この時、引出し電極にも駆動電流による磁
界変化のため誘動電流が生じ、トンネル電流にノイズと
して混入する場合がある。
界変化のため誘動電流が生じ、トンネル電流にノイズと
して混入する場合がある。
【００３２】そこで本発明では図３（ｂ）に示したよう
に、引出し電極を分割し、カンチレバー部２の最も外側
に配線し、なおかつ分割された引出し電極３１Ｌと３１
Ｒを基板１上において接続し閉回路とし、この閉回路と
なった電極の一部に信号取出し電極３３を設け、トンネ
ル電流を外部へ導いている。このような構成とすること
により、駆動電流により発生する磁界の変化で誘起され
る誘導電流は、引出し電極３１Ｌ，及び３１Ｒよりなる
閉回路内のみに流れ、信号取出し電極３３に混入するこ
とはなくなる。よって、本発明のカンチレバー型プロー
ブは、Ｓ／Ｎ比の高いトンネル電流像を得ることが可能
となる。
に、引出し電極を分割し、カンチレバー部２の最も外側
に配線し、なおかつ分割された引出し電極３１Ｌと３１
Ｒを基板１上において接続し閉回路とし、この閉回路と
なった電極の一部に信号取出し電極３３を設け、トンネ
ル電流を外部へ導いている。このような構成とすること
により、駆動電流により発生する磁界の変化で誘起され
る誘導電流は、引出し電極３１Ｌ，及び３１Ｒよりなる
閉回路内のみに流れ、信号取出し電極３３に混入するこ
とはなくなる。よって、本発明のカンチレバー型プロー
ブは、Ｓ／Ｎ比の高いトンネル電流像を得ることが可能
となる。
【００３３】尚、本発明において、探針の形成方法とし
ては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗなどの金属片を接着したり、半導
体製造プロセス技術を用い、斜め蒸着及びリフトオフ法
を応用して形成するなど、特に限定されるものではな
い。
ては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗなどの金属片を接着したり、半導
体製造プロセス技術を用い、斜め蒸着及びリフトオフ法
を応用して形成するなど、特に限定されるものではな
い。
【００３４】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００３５】実施例１ 本実施例は、図３に示したような本発明のカンチレバー
型プローブを作製したものである。以下、本実施例のカ
ンチレバー型プローブの製造方法を図４を用いて説明す
る。先ず、面方位（１００）の単結晶シリコン基板１上
へ、減圧ＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4膜を１５００Å成膜
し、下部絶縁膜３を形成した（図４（ａ）参照）。
型プローブを作製したものである。以下、本実施例のカ
ンチレバー型プローブの製造方法を図４を用いて説明す
る。先ず、面方位（１００）の単結晶シリコン基板１上
へ、減圧ＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4膜を１５００Å成膜
し、下部絶縁膜３を形成した（図４（ａ）参照）。
【００３６】次に、密着性確保のためＣｒを５Å真空蒸
着したのち、Ａｕを１０００Å蒸着し金属薄膜を形成し
た。この後、感光性レジストを塗布して一般的なフォト
リソグラフにより不要部分のＡｕ／Ｃｒをエッチング除
去し、コイル状の下層電極４を形成した（図４（ｂ）参
照）。
着したのち、Ａｕを１０００Å蒸着し金属薄膜を形成し
た。この後、感光性レジストを塗布して一般的なフォト
リソグラフにより不要部分のＡｕ／Ｃｒをエッチング除
去し、コイル状の下層電極４を形成した（図４（ｂ）参
照）。
【００３７】更にその上にＳｉ3Ｎ4膜を３０００Å成膜
し、上部絶縁膜５を形成した。この後、コイル状の下層
電極４の最も内側部分の上の上部絶縁膜５をフォトリソ
グラフにより除去し、貫通孔６を形成し、下層電極４の
最内部を露出させた（図４（ｃ）参照）。
し、上部絶縁膜５を形成した。この後、コイル状の下層
電極４の最も内側部分の上の上部絶縁膜５をフォトリソ
グラフにより除去し、貫通孔６を形成し、下層電極４の
最内部を露出させた（図４（ｃ）参照）。
【００３８】次に、再び真空蒸着によりＣｒを５Å形成
し、その上にＡｕを１０００Å成膜し、金属薄膜を形成
したのち、フォトリソグラフを行い、不要部分を除去し
上層電極７及び引出し電極３１Ｌ，３１Ｒを形成した。
この時、先に上部絶縁膜５に形成した貫通孔６の位置に
おいて上層電極７と下層電極４が接続される（図４
（ｄ）参照）。
し、その上にＡｕを１０００Å成膜し、金属薄膜を形成
したのち、フォトリソグラフを行い、不要部分を除去し
上層電極７及び引出し電極３１Ｌ，３１Ｒを形成した。
この時、先に上部絶縁膜５に形成した貫通孔６の位置に
おいて上層電極７と下層電極４が接続される（図４
（ｄ）参照）。
【００３９】更に、フォトレジストを厚く塗布し、探針
３２を形成する位置のレジストのみを除去した。この
後、基板１を面内方向に回転させながら、斜め方向より
金属材料の真空蒸着を行った後、レジスト上に堆積した
金属膜をレジストとともに除去することにより、先にレ
ジストを除去しておいた部分に探針３２を形成した（図
４（ｅ）参照）。
３２を形成する位置のレジストのみを除去した。この
後、基板１を面内方向に回転させながら、斜め方向より
金属材料の真空蒸着を行った後、レジスト上に堆積した
金属膜をレジストとともに除去することにより、先にレ
ジストを除去しておいた部分に探針３２を形成した（図
４（ｅ）参照）。
【００４０】次に、表面全体を保護用のレジストで被覆
した後、シリコン単結晶基板１の裏面より異方性エッチ
ングを行い、下部絶縁膜３の位置までシリコンを除去し
た後、フォトリソグラフを行い不要部分のＳｉ3Ｎ4膜を
取り除き、カンチレバー部２を形成した（図４（ｆ）参
照）。
した後、シリコン単結晶基板１の裏面より異方性エッチ
ングを行い、下部絶縁膜３の位置までシリコンを除去し
た後、フォトリソグラフを行い不要部分のＳｉ3Ｎ4膜を
取り除き、カンチレバー部２を形成した（図４（ｆ）参
照）。
【００４１】尚、上記製造工程において、フォトリソグ
ラフに用いたエッチング液は、Ａｕに対してはＫＩ：Ｉ
2水溶液、Ｃｒに対しては（ＮＨ4）2Ｃｅ（ＮＯ3）6；
ＨＣｌＯ4水溶液、シリコンの異方性エッチングにはＫ
ＯＨ水溶液を用い、Ｓｉ3Ｎ4の除去にはＣＦ4ガスを用
いた。
ラフに用いたエッチング液は、Ａｕに対してはＫＩ：Ｉ
2水溶液、Ｃｒに対しては（ＮＨ4）2Ｃｅ（ＮＯ3）6；
ＨＣｌＯ4水溶液、シリコンの異方性エッチングにはＫ
ＯＨ水溶液を用い、Ｓｉ3Ｎ4の除去にはＣＦ4ガスを用
いた。
【００４２】本実施例で作製したカンチレバーは幅１０
０μｍ，長さ３５０μｍであり、そのバネ定数は０．１
Ｎ／ｍである。
０μｍ，長さ３５０μｍであり、そのバネ定数は０．１
Ｎ／ｍである。
【００４３】次に、本実施例のカンチレバー型プローブ
の駆動実験を行った結果、１μＡの電流で０．５μｍの
先端変位量を得ることができた。
の駆動実験を行った結果、１μＡの電流で０．５μｍの
先端変位量を得ることができた。
【００４４】以上の結果、本実施例のカンチレバー型プ
ローブは、小さな駆動電流で比較的大きな変位が得ら
れ、更には、その変位量及び変位方向を制御性良く制御
できた。
ローブは、小さな駆動電流で比較的大きな変位が得ら
れ、更には、その変位量及び変位方向を制御性良く制御
できた。
【００４５】実施例２ 本実施例は、図３に示したような本発明のカンチレバー
型プローブを、同一のシリコン基板上へ複数個作製し、
集積化プローブとしたものである。
型プローブを、同一のシリコン基板上へ複数個作製し、
集積化プローブとしたものである。
【００４６】図５に本実施例の集積化プローブの概略的
な平面図を示す。
な平面図を示す。
【００４７】図５において、１はシリコン基板、２はカ
ンチレバー部、５１はエッチング溝、５２は半導体集積
回路でありアンプやシフトレジスター等である。また、
５３は内部配線であり、５４は外部取出し電極である。
本実施例の集積化プローブ５５は、実施例１で示した製
造工程においてフォトリソグラフの際にフォトマスクの
パターンを拡張することにより作製することができる。
ンチレバー部、５１はエッチング溝、５２は半導体集積
回路でありアンプやシフトレジスター等である。また、
５３は内部配線であり、５４は外部取出し電極である。
本実施例の集積化プローブ５５は、実施例１で示した製
造工程においてフォトリソグラフの際にフォトマスクの
パターンを拡張することにより作製することができる。
【００４８】このように多数のカンチレバーを集積化す
る場合においても、フォトリソグラフを使用することに
より多数の微小な構造体を同一の基板上へ一括して形成
するため、寸法精度が極めて高く、各カンチレバーの特
性のばらつきも非常に小さく抑えることができる。
る場合においても、フォトリソグラフを使用することに
より多数の微小な構造体を同一の基板上へ一括して形成
するため、寸法精度が極めて高く、各カンチレバーの特
性のばらつきも非常に小さく抑えることができる。
【００４９】図６は本実施例の集積化プローブを用い、
観察媒体６１の表面上の複数の範囲を同時に観察できる
マルチヘッド式のＳＴＭ装置の概略的な構成を示す部分
断面図である。図中、６２及び６３はＸ，Ｙ，Ｚ方向に
微粗動機構を有する可動ステージであり、可動ステージ
６２には観察媒体６１が固定され、可動ステージ６３に
は本実施例で作製した集積化プローブ５５が固定されて
いる。更に、外部磁場発生の手段として永久磁石６４，
６５が配置されている。これは電磁石等でもかまわな
い。
観察媒体６１の表面上の複数の範囲を同時に観察できる
マルチヘッド式のＳＴＭ装置の概略的な構成を示す部分
断面図である。図中、６２及び６３はＸ，Ｙ，Ｚ方向に
微粗動機構を有する可動ステージであり、可動ステージ
６２には観察媒体６１が固定され、可動ステージ６３に
は本実施例で作製した集積化プローブ５５が固定されて
いる。更に、外部磁場発生の手段として永久磁石６４，
６５が配置されている。これは電磁石等でもかまわな
い。
【００５０】このような構成とすることにより、個々の
カンチレバーに所定の駆動電流を流し、基板面と垂直な
方向（Ｚ方向）へ個別に変位させることができる。ま
た、基板面と平行方向（ＸＹ方向）の変位は可動ステー
ジ６２，６３を微小変位させることにより行われ、全て
のカンチレバーを一括して動かすことができる。これに
より、個々のカンチレバーに設けられた前記の探針で複
数の観察領域を同時に走査することができ、複数の領域
から同時にＳＴＭ像を得ることができる。
カンチレバーに所定の駆動電流を流し、基板面と垂直な
方向（Ｚ方向）へ個別に変位させることができる。ま
た、基板面と平行方向（ＸＹ方向）の変位は可動ステー
ジ６２，６３を微小変位させることにより行われ、全て
のカンチレバーを一括して動かすことができる。これに
より、個々のカンチレバーに設けられた前記の探針で複
数の観察領域を同時に走査することができ、複数の領域
から同時にＳＴＭ像を得ることができる。
【００５１】本実施例の集積化プローブは、カンチレバ
ーを構成している薄膜絶縁材料の特性の変動によるアク
チュエータの動作特性の変動が小さいため、各アクチュ
エータの特性のばらつきが小さくなり、また、引出し電
極を閉回路としているためノイズの混入が防止でき、こ
れを用いて構成した本実施例の走査型トンネル顕微鏡
は、より高解像度の安定したＳＴＭ像を得ることができ
た。
ーを構成している薄膜絶縁材料の特性の変動によるアク
チュエータの動作特性の変動が小さいため、各アクチュ
エータの特性のばらつきが小さくなり、また、引出し電
極を閉回路としているためノイズの混入が防止でき、こ
れを用いて構成した本実施例の走査型トンネル顕微鏡
は、より高解像度の安定したＳＴＭ像を得ることができ
た。
【００５２】実施例３ 本実施例は、図５に示したような本発明の集積化プロー
ブを用いて情報処理装置を作製したものである。
ブを用いて情報処理装置を作製したものである。
【００５３】図７に本実施例の情報処理装置のブロック
構成図を示す。
構成図を示す。
【００５４】同図において、１０１は記録媒体の基板、
１０２は金属薄膜電極層、１０３は記録層である。２０
１はＸＹステージ、２０２は本発明の集積化プローブ、
２０３は集積化プローブ２０２の支持体、２０４は集積
化プローブ２０２をＺ軸方向へ粗動するためのリニアア
クチュエータ、２０５，２０６はＸＹステージ２０１を
それぞれＸ，Ｙ軸方向へ駆動するリニアアクチュエー
タ、２０７は記録再生用のバイアス回路である。３０１
は探針から記録層１０３を介して電極層１０２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。３０２はカンチレバーをＺ軸方向へ移動させるため
のサーボ回路であり、３０３はリニアアクチュエータ２
０４を駆動するためのサーボ回路である。３０４は複数
のカンチレバーをＺ軸方向に動かすための駆動回路であ
り、３０５は集積化プローブ２０２，支持体２０３，リ
ニアアクチュエータ２０４全体のＺ軸方向の位置制御を
行う駆動回路である。３０６はこれらの操作を制御する
コンピュータである。
１０２は金属薄膜電極層、１０３は記録層である。２０
１はＸＹステージ、２０２は本発明の集積化プローブ、
２０３は集積化プローブ２０２の支持体、２０４は集積
化プローブ２０２をＺ軸方向へ粗動するためのリニアア
クチュエータ、２０５，２０６はＸＹステージ２０１を
それぞれＸ，Ｙ軸方向へ駆動するリニアアクチュエー
タ、２０７は記録再生用のバイアス回路である。３０１
は探針から記録層１０３を介して電極層１０２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。３０２はカンチレバーをＺ軸方向へ移動させるため
のサーボ回路であり、３０３はリニアアクチュエータ２
０４を駆動するためのサーボ回路である。３０４は複数
のカンチレバーをＺ軸方向に動かすための駆動回路であ
り、３０５は集積化プローブ２０２，支持体２０３，リ
ニアアクチュエータ２０４全体のＺ軸方向の位置制御を
行う駆動回路である。３０６はこれらの操作を制御する
コンピュータである。
【００５５】本実施例では、記録媒体の基板１０１とし
てガラス基板を用い、この上に電極層１０２としてＣｒ
／Ａｕを蒸着し、その上部に記録層１０３としてポリイ
ミドＬＢ膜を４層（約１５Å）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抵抗率が
２桁程度変化する特徴がある。記録媒体の電極１０２と
プローブ２０２に１Ｖの電圧を印加し、１ｎＡ程度のト
ンネル電流になるように各カンチレバーを構成している
駆動用電極に電流を流すと共に、不図示の外部磁場発生
手段によりＺ軸方向に磁界を形成し、プローブの位置を
Ｚ軸方向に移動させた。
てガラス基板を用い、この上に電極層１０２としてＣｒ
／Ａｕを蒸着し、その上部に記録層１０３としてポリイ
ミドＬＢ膜を４層（約１５Å）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抵抗率が
２桁程度変化する特徴がある。記録媒体の電極１０２と
プローブ２０２に１Ｖの電圧を印加し、１ｎＡ程度のト
ンネル電流になるように各カンチレバーを構成している
駆動用電極に電流を流すと共に、不図示の外部磁場発生
手段によりＺ軸方向に磁界を形成し、プローブの位置を
Ｚ軸方向に移動させた。
【００５６】その後、プローブ２０２にパルス電圧（５
Ｖ，１μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録し
た。
Ｖ，１μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録し
た。
【００５７】次に、プローブ２０２と記録媒体の電極層
１０２間に１Ｖの電圧を印加し、トンネル電流の変化を
みたところ、先ほど記録した領域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、読みだしが行えることを確認した。
１０２間に１Ｖの電圧を印加し、トンネル電流の変化を
みたところ、先ほど記録した領域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、読みだしが行えることを確認した。
【００５８】また、上記情報処理装置に用いた本発明に
よる集積化プローブは、カンチレバーを構成している薄
膜絶縁材料の特性の変動による各アクチュエータの動作
特性の変動が小さく、更には、トンネル電流へのノイズ
の混入を防止できたことにより、読取り，書込み時のエ
ラー発生率をより小さくすることができた。
よる集積化プローブは、カンチレバーを構成している薄
膜絶縁材料の特性の変動による各アクチュエータの動作
特性の変動が小さく、更には、トンネル電流へのノイズ
の混入を防止できたことにより、読取り，書込み時のエ
ラー発生率をより小さくすることができた。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。
下の効果を奏する。
【００６０】（１）本発明のカンチレバー型アクチュエ
ータは、コイル状の２層以上の薄膜電極を、駆動電流を
流した際に発生する磁界の方向を同じくして積層したこ
とで、より小さな駆動電流で大きな変位量を得ることが
できる。また、熱的、化学的に不安定で配向性を制御し
なければならない圧電材料を使用しないため、材料物性
の影響が少なく、耐久性に富み、且つ安定した特性を有
し、これを集積化したものは個々のアクチュエータの特
性が揃ったものとなった。
ータは、コイル状の２層以上の薄膜電極を、駆動電流を
流した際に発生する磁界の方向を同じくして積層したこ
とで、より小さな駆動電流で大きな変位量を得ることが
できる。また、熱的、化学的に不安定で配向性を制御し
なければならない圧電材料を使用しないため、材料物性
の影響が少なく、耐久性に富み、且つ安定した特性を有
し、これを集積化したものは個々のアクチュエータの特
性が揃ったものとなった。
【００６１】（２）本発明のカンチレバー型プローブ
は、探針からの引出し電極を分割し、カンチレバーの周
辺部に配線し、基板上において接続することにより、電
磁誘導により発生する誘導電流がトンネル電流にノイズ
として混入することを防止でき、高いＳ／Ｎ比が得られ
る。
は、探針からの引出し電極を分割し、カンチレバーの周
辺部に配線し、基板上において接続することにより、電
磁誘導により発生する誘導電流がトンネル電流にノイズ
として混入することを防止でき、高いＳ／Ｎ比が得られ
る。
【００６２】（３）本発明のカンチレバー型プローブを
用いて構成した走査型トンネル顕微鏡では、より高解像
度の安定したＳＴＭ像が得られる。
用いて構成した走査型トンネル顕微鏡では、より高解像
度の安定したＳＴＭ像が得られる。
【００６３】（４）本発明のカンチレバー型プローブを
用いて構成した情報処理装置では、記録再生時のエラー
発生率が低減され、信頼性に優れたものとなる。
用いて構成した情報処理装置では、記録再生時のエラー
発生率が低減され、信頼性に優れたものとなる。
【図１】本発明のカンチレバー型アクチュエータの一例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】本発明のカンチレバー型アクチュエータの駆動
原理を説明するための図である。
原理を説明するための図である。
【図３】本発明のカンチレバー型プローブの一例を示す
構成図である。
構成図である。
【図４】実施例１にて示す本発明のカンチレバー型プロ
ーブの製造工程図である。
ーブの製造工程図である。
【図５】実施例２にて示す本発明の集積化したカンチレ
バー型プローブの概略的な構成図である。
バー型プローブの概略的な構成図である。
【図６】実施例２にて示す本発明の集積化プローブを用
いた走査型トンネル顕微鏡の部分断面図である。
いた走査型トンネル顕微鏡の部分断面図である。
【図７】実施例３にて示す本発明の集積化プローブを用
いた情報処理装置のブロック構成図である。
いた情報処理装置のブロック構成図である。
１ 基板 ２ カンチレバー部 ３ 下部絶縁膜 ４ 下層電極 ５ 上部絶縁膜 ６ 貫通孔 ７ 上層電極 ２１，２２ 電流の方向 ２３ 磁界の方向 ３１Ｌ，３１Ｒ 引出し電極 ３２ 探針 ３３ 信号取出し電極 ５１ エッチング溝 ５２ 半導体集積回路 ５３ 内部配線 ５４ 外部取出し電極 ５５ 集積化アクチュエータ ６１ 観察媒体 ６２，６３ 可動ステージ ６４，６５ 永久磁石 １０１ 記録媒体基板 １０２ 金属電極層 １０３ 記録層 ２０１ ＸＹステージ ２０２ 集積化プローブ ２０３ 支持体 ２０４ Ｚ方向リニアアクチュエータ ２０５ Ｘ方向リニアアクチュエータ ２０６ Ｙ方向リニアアクチュエータ ２０７ 記録再生用バイアス回路 ３０１ トンネル電流検出器 ３０２ サーボ回路 ３０３ サーボ回路 ３０４ カンチレバー駆動回路 ３０５ 駆動回路 ３０６ コンピュータ
フロントページの続き (72)発明者 河田 春紀 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 外部磁場により変位可能なカンチレバー
型アクチュエータであって、該カンチレバーは薄膜絶縁
体と薄膜電極を積層して構成され、少なくとも一層の上
記薄膜絶縁体の上下層には平板状にコイルを形成してい
る一対の薄膜電極を有し、該一対の薄膜電極は上記平板
状コイルの最も内側の部分において互いに接続されて一
つのコイルを形成していることを特徴とするカンチレバ
ー型アクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のカンチレバー型アクチ
ュエータが、同一のシリコン単結晶基板上に複数配置さ
れていることを特徴とする集積化カンチレバー型アクチ
ュエータ。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載のカンチレバー型
アクチュエータの前記カンチレバーの自由端部に導電性
の探針を有し、該探針にはカンチレバーの周辺部に配線
された一対の引出し電極が接続されており、該一対の引
き出し電極が上記カンチレバーを支持する基板上におい
て互いに接続されていることを特徴とするカンチレバー
型プローブ。 - 【請求項４】 請求項３に記載のカンチレバー型プロー
ブを具備することを特徴とする走査型トンネル顕微鏡。 - 【請求項５】 トンネル電流を用いて記録媒体に対して
情報の記録再生等を行う情報処理装置において、請求項
３に記載のカンチレバー型プローブを具備することを特
徴とする情報処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5123231A JPH06313847A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | カンチレバー型アクチュエータ、カンチレバー型プローブ及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡並びに情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5123231A JPH06313847A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | カンチレバー型アクチュエータ、カンチレバー型プローブ及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡並びに情報処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06313847A true JPH06313847A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14855451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5123231A Withdrawn JPH06313847A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | カンチレバー型アクチュエータ、カンチレバー型プローブ及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡並びに情報処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06313847A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006250913A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-09-21 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 集積化磁界プローブ |
| CN102887476A (zh) * | 2011-07-21 | 2013-01-23 | 联华电子股份有限公司 | 悬吊梁结构及电路芯片 |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5123231A patent/JPH06313847A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006250913A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-09-21 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 集積化磁界プローブ |
| CN102887476A (zh) * | 2011-07-21 | 2013-01-23 | 联华电子股份有限公司 | 悬吊梁结构及电路芯片 |
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