JP3076467B2

JP3076467B2 - 面合わせ方法およびそれを用いたトンネル顕微鏡および記録再生装置

Info

Publication number: JP3076467B2
Application number: JP04346303A
Authority: JP
Inventors: 敬介山本; 高弘小口; 邦裕酒井; 亮黒田; 義勇鈴木; 優中山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JPH06194157A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は逆電圧効果により駆動す
るカンチレバー型圧電素子に関わるものであり、これを
用いた面合わせ方法およびそれを応用した記録再生装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体プロセス技術を背景にして半
導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサー、
半導体加速センサー、マイクロアクチュエーター等の機
械的電気素子（マイクロメカニクス）が脚光を浴びるよ
うになってきた。

【０００３】かかる素子の特徴として、小型でかつ高精
度の機械機構部品を提供でき、かつ半導体ウエハを用い
るためにＳｉウエハ上に素子と電気回路を一体化できる
ことが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作
製することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産
性の向上を期待できる。特に、圧電体薄膜を利用したカ
ンチレバー型圧電素子のものが挙げられ、これは非常に
微細な動きを制御することが可能なので、原子レベル、
分子レベルを直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以
下ＳＴＭと称す）に応用されている。

【０００４】例えば、スタンフォード大学のクエート等
により提案されたカンチレバー型圧電素子をもちいたＳ
ＴＭプローブ（ＩＥＥＥＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，ｐ１８８−
１９９，Ｆｅｂ，１９９０）がある。これは図１２に示
すようにＳｉウエハ１のウエハの裏面を一部除去してシ
リコンメンブレンを形成し、表面にＡｌ４とＺｎＯ５の
薄膜を順次積層し、バイモルフのカンチレバーを形成し
た後、裏面より反応性のドライエッチングによりシリコ
ンメンブレンとウエハ表面のエッチングの保護層（シリ
コン窒化膜）を除去して、ＳＴＭプローブ変位用のバイ
モルフカンチレバー型圧電素子を作製している。このカ
ンチレバーの上面自由端部にトンネル電流検知用プロー
ブ１を取り付け、良好なＳＴＭ像を得ている。

【０００５】また、ＳＴＭの技術を応用した原子間力顕
微鏡（以後ＡＦＭと略す）が開発され［Ｂｉｎｎｉｎｇ
ｅｔａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，５
６，９３０（１９８６）］、ＳＴＭと同様、表面の凹凸
情報を得ることができるようになった。ＡＦＭは、試料
表面に対して１ナノメートル以下の距離まで接近させた
探針を支持するカンチレバー（弾性体）が、試料−探針
間に働く力を受けて、たわむ量から逆に力を検出し、こ
の力を一定にするように試料−探針間の距離を制御しな
がら試料表面を走査することにより、表面の三次元形状
をナノメートル以下の分解能で観察するものである。Ａ
ＦＭでは、ＳＴＭのように試料が導電性を有する必要が
なく、絶縁性試料、特に半導体レジスト面や生体高分子
などを原子・分子のオーダーで観察可能であるため、広
い応用が期待されている。

【０００６】さらに、ＡＦＭの原子間力の情報を探針と
サンプル表面とを原子間力が発生可能な距離に近付けた
状態で、カンチレバーの固有振動数からのシフトからそ
の原子間力を検出検出する方法も提案されている（特開
昭６３−３０９８０２号公報）。

【０００７】一方、ＳＴＭの手法を用いて、半導体ある
いは高分子材料等の原子オーダー、分子オーダーの観察
評価、微細加工（Ｅ．Ｅ．Ｅｈｒｉｃｈｓ，４ｔｈＩ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏ
ｎＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｒｉｎｇＭｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ／ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ
１３−３）、及び記録再生装置の様々な分野への応用が
研究されている。なかでも、大容量を有する記録装置の
要求がますます高まっているコンピューターの計算情報
等への応用が研究されている。これは、半導体プロセス
技術の進展により、マイクロプロセッサが小型化し、計
算能力が向上したことに伴って記録装置の小型化が望ま
れているためである。

【０００８】これらの要求を満たす目的で、記録媒体と
の間隔が微調整可能な駆動手段上に存在するトンネル電
流発生用プローブからなる変換器から電圧印加すること
によって記録媒体表面の形状を変化させる事により記録
書き込みし、形状の変化によるトンネル電流の変化を検
知することにより情報の読みだしを行い最少記録面積が
１０^-4μｍ²となる情報処理装置が提案されている（Ｕ
ＳＰ４５７５８２２）。

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＳＴ
Ｍあるいは、ＡＦＭに用いるカンチレバー型圧電素子を
用いて、容易にサンプル表面とカンチレバー型圧電素子
との距離を計測するところにある。

【０００９】以上が本発明の目的であり、これを達成す
べく位置だし制御法および面合わせ方法およびそれをも
ちいた記録再生装置を提供することにある。

【００１０】

【００１１】

【００１２】本発明の面合わせ方法は、カンチレバーの
長手方向に直交する面での変位を変化させるためのすく
なくとも１層の圧電体層と、該圧電層に電圧を印加する
ための電極とを具備するカンチレバー型圧電素子を用い
る面合わせ方法であって、前記カンチレバーを同一基板
上に少なくとも２本以上設け、各カンチレバーの固有振
動数で変位させ、前記固有振動数での圧電素子のアドミ
ッタンス変化によりサンプル表面との距離を各々計測
し、この複数の測定距離が近似あるいは一致するように
駆動させて前記基板とサンプルとの面合わせを行うこと
を特徴とする。

【００１３】また、カンチレバーの長手方向に直交する
面での変位を変化させるためのすくなくとも１層の圧電
体層と、該圧電層に電圧を印加するための電極とを具備
するカンチレバー型圧電素子を用いる面合わせ方法であ
って、前記カンチレバーを同一基板上に少なくとも２本
以上設け、圧電素子のアドミッタンスの周波数特性か
ら、サンプル表面との距離を各々計測し、この複数の測
定距離が近似あるいは一致するように駆動させて前記基
板とサンプルとの面合わせを行うことを特徴とする。

【００１４】トンネル顕微鏡および記録再生装置におい
ては上記の各位置出し制御方法および面合わせ方法がそ
れぞれ用いられる。

【００１５】

【作用】本発明は、カンチレバー型圧電素子を用い、固
有振動数あるいは、その付近の周波数で自由端を変位さ
せることが特徴である。固有振動数で振動させるとエネ
ルギーを最少にすることができるので、同じエネルギー
でも非常に大きく自由端を動かすことができる。しか
し、自由端がサンプル表面に接触すると、振動モードが
変化するのでカンチレバー型圧電素子のアドミッタンス
に変化が現れる。このアドミッタンスを計測しながら圧
電素子による位置だしを行う。つまりカンチレバー型圧
電素子を駆動させる目的と、距離の計測を行う目的の両
者を両立させることができるのが本発明の特徴である。

【００１６】本発明においては、カンチレバー型圧電素
子の自由端とサンプル間の距離が光学的な手段や特別な
センサーを用いること無く、計測することができる。か
つ従来と同じカンチレバー型圧電素子を用いて、電気的
な計測を行うだけで、簡単に距離を計測でき、装置の簡
易化、ＩＣ化が容易に行える。

【００１７】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００１８】［実施例１］図１にはＳｉ基板２上に形成されたカンチレバー型圧電
素子１とサンプル７が示されている。このカンチレバー
型圧電素子１は別の伸縮する圧電素子３に固定されてい
る。

【００１９】図２はこの圧電カンチレバー型圧電素子１
の構成を詳細に示す図である。

【００２０】これは、Ｓｉ基板上に、通常のＩＣ作製プ
ロセスとシリコンの異方性エッチングとにより作製した
ものである。Ｓｉ基板２上に絶縁層８と下金電極９、Ｚ
ｎＯ圧電体層１０、中金電極１１、ＺｎＯ圧電体層１
２、上金電極１３の順に積層された構造で、バイモルフ
カンチレバー型圧電素子は構成される。このとき、上電
極１３と下電極９とを短絡させ、中電極との間で電圧を
印加すると、カンチレバー型圧電素子１の自由端は逆圧
電効果により屈曲運動をする。

【００２１】このときの変位量は、次式で表わされる。

【００２２】 ΔＺ／ΔＶ＝〔３Ｌ²ｄ₃₁Ｙ_Z（ｂ²−ａ²）〕／｛４（ｂ−ａ）〔ＹM（ａ³−ｂ ³ ＋ｃ³）＋ＹZ（Ｃ³−ｂ³）〕｝・・・・・・・・・・（１）式このとき、Ｌはカンチレバーの自由端までの長さ、ＹM
は電極薄膜のヤング率、ＹZは圧電体薄膜のヤング率、
２×ａは中電極の膜厚、ｂ−ａは、圧電体の膜厚ｃ−ｂは上、下電極の膜厚である。

【００２３】また、このときの１次の固有振動数Ｆrは
次式で表わされる。

【００２４】Ｆr＝０．１６２×（Ｅ／ρ）^1/2×ｔ／Ｌ²・・・・・・・・・・（２）式このとき、Ｅはカンチレバーのヤング率 ρはカンチレバーの密度ｔはカンチレバーの膜厚である。

【００２５】例えば、カンチレバーの長さを３００μ
ｍ、中電極の膜厚を０．２μｍ、圧電体の膜厚を０．３
μｍ、上下電極の膜厚を０．１μｍ、ｄ₃₁＝４．０ｐＣ
／Ｎとし、さらに金のヤング率が７．８×１０¹⁰Ｎ／ｍ
²、カンチレバーの密度ρが１．１１×１０⁴Ｋｇ／ｍ³
であるならば、 ΔＺ／ΔＶ＝１．５９μｍ／ＶＦr＝６４７０Ｈｚとなる。

【００２６】次に、図１に示した交流電源５でバイモル
フ型のカンチレバー型圧電素子１を駆動させると屈曲運
動を始める。このとき、同時に電圧計６によって、圧電
素子のアドミッタンスも測定できるようになっている。
なお、この交流電流は、Ｖ0sinωｔの信号がでるように
なっており、振幅と周波数を変えることができるように
構成されている。また、圧電素子３は可変の直流電源４
でカンチレバー型圧電素子のＺ方向の距離をコントロー
ルできるように構成されている。

【００２７】いま、カンチレバー型圧電素子がサンプル
７に対して充分に遠い距離にある場合（サンプルに接触
しない）には、その屈曲運動変位の周波数応答は図３
（ａ）に示すようになる。つまり、固有振動数より充分
低い周波数帯域（図中のＡ）では（１）式で計算される
変位量を持つ。また、このときの最大変位量（図中の
Ｂ）が得られる周波数は（２）式で計算される周波数と
一致する。同時に図１で示した回路によりカンチレバー
型圧電素子のアドミッタンスを計測すると図３（ｂ）に
示すようになる。

【００２８】これは駆動周波数とカンチレバーの固有振
動数が一致するとエネルギーが最少ですむので、アドミ
ッタンスの極大値点（図中のＢ）は前述した固有振動数
と一致するためである。

【００２９】図４はＡ点、Ｂ点においてのカンチレバー
型圧電素子１の先端変位量の印加電圧振幅依存性を示す
図であり、固有振動数より低いＡ点では、（１）式で計
算される変位量である。一方、固有振動数（Ｂ点）で駆
動すると、はるかに高い変位量が得られる。詳しくは、
だいたい機械的Ｑ値倍の変位量が得られる。この機械的
Ｑ値は形状、材料等で決まるもので、数十から数千まで
達する。

【００３０】次に、図１において直流電源４から圧電素
子３に電圧を印加してカンチレバー型圧電素子の先端を
サンプル７に接触させる。このときのアドミッタンスの
周波数依存性は図５に示すようになる。先述した固有振
動数Ｂ点で見られた極大値を見ることはできない。これ
は、図８に示すようにカンチレバー型圧電素子１の先端
が接触して片持ち梁状態から両持ち梁状態に近い状態に
変わり、これにより、固有振動数が変化したことによ
る。

【００３１】以上のことより、アドミッタンスの変化を
モニターすれば、カンチレバー型圧電素子１の先端がサ
ンプル７の表面に接触したかどうかを容易に判断するこ
とができる。

【００３２】次に、位置だし制御方法について説明す
る。

【００３３】図１において、カンチレバー型圧電素子１
をサンプル７表面に接触しない程度に圧電素子３を調整
する。その後、交流電源５で固有振動数でカンチレバー
を屈曲運動させる。例えば、カンチレバーの長さを３０
０μｍ、中電極の膜厚を０．２μｍ、圧電体の膜厚を
０．３μｍ、上下電極の膜厚を０．１μｍ、ｄ₃₁＝４．
０ｐＣ／Ｎ、機械的Ｑ値を７０とすると、ΔＺ／ΔＶは
以下の値となる。

【００３４】ΔＺ／ΔＶ＝１．５９μｍ／Ｖ（固有
振動数以下のとき） ΔＺ／ΔＶ＝１１１ μｍ／Ｖ（固有振動数のと
き）このときに、アドミッタンスの印加電圧依存性を計測す
ると、図６に示すものとなる。

【００３５】カンチレバーの自由端がサンプル表面に接
触したときにアドミッタンスに変化が現れるので、その
ときの印加電圧と固有振動数での変位量が判ればカンチ
レバーの先端の静止点とサンプル表面との距離を容易に
計測できる。

【００３６】図７は圧電素子を用いてカンチレバー型型
圧電素子１を徐々にサンプル７に近付けたときのアドミ
ッタンスの極大値を得る周波数をプロットしたものであ
る。これらが接触したときに大幅な周波数シフトが見ら
れる。この方法によっても、接触状態にあるか、非接触
状態にあるかを精度良く確認することができ、正確な位
置だしを行うことができる。

【００３７】以上説明したように、カンチレバー型圧電
素子を固有振動数で屈曲運動をさせて位置だしを行う方
法と、外部からの駆動でサンプル表面まで接近させてカ
ンチレバー型圧電素子の固有振動数から位置だしを行う
方法のいずれにおいても精度良く位置だしを行うことが
できる。

【００３８】［実施例２］本実施例において図１に示し
たカンチレバー型圧電素子を用いた面合わせ方法につい
て述べる。

【００３９】図９は、２個のカンチレバー型圧電素子１
をＳｉ基板２上に形成したものである。サンプル７は複
数のＺ方向駆動素子１０２によって保持され、Ｚ軸並び
に傾きを変えることができる。これらは、支持体１０１
で固定されている。複数のカンチレバー型圧電素子１は
アクチュエータ駆動回路１０３およびアドミッタンス検
出回路１０４にそれぞれ接続され、Ｚ方向位置制御回路
１０５で固有振動周波数でのアドミッタンス変化の計測
と固有振動数の計測ができるように構成されている。Ｚ
方向駆動回路１０６は複数のＺ方向駆動素子１０２を駆
動するためのもので、Ｚ方向位置制御回路１０５からの
信号でフィードバック制御される。

【００４０】まず、２個のカンチレバー型圧電素子１を
アクチュエータ駆動回路１０３により固有振動数で屈曲
運動させる。このとき、実施例１と同様の方法でアドミ
ッタンス検出回路１０４によりサンプル７表面との距離
を計測する。これによりＺ方向位置制御回路１０５にて
２個のカンチレバー型圧電素子１からサンプル７の距離
が一致あるいは近似するようにＺ方向駆動回路１０６に
よりＺ方向駆動素子１０２を動作させる。このような方
法においては、２個のカンチレバー型圧電素子１とサン
プル７表面を等距離とすることができる。

【００４１】また、２個のアドミッタンスの周波数依存
性を計測し、その距離を一致あるいは近似させることも
できる。このように両者の計測方法においても良好な位
置合わせを行える。例えば、カンチレバー型圧電素子１
が複数個（３個以上）ある場合には３点以上のカンチレ
バー型圧電素子の計測結果が一致あるいは近似となるよ
うに調節することにより良好な面合わせを行うことがで
きる。

【００４２】［実施例３］本実施例では、図１に示した
カンチレバー型圧電素子を用いたＳＴＭ装置について述
べる。

【００４３】図１０は本実施例のＳＴＭ装置の構成を示
す図である。支持台１０１の上にＺ方向駆動素子１０２
とＸＹ走査機構１１０が設置され、観察物であるサンプ
ル７はＸＹ方向に移動可能である。また、Ｓｉ基板２上
に形成されたカンチレバー型圧電素子１はサンプルと対
向する位置に支持体１０１により固定され、そのカンチ
レバーの先端に探針１０８が作製されている。ＸＹ走査
機構１１０はＸＹ駆動回路１０７によって駆動され、Ｚ
方向駆動素子１０２はＺ方向駆動回路１０６によって駆
動される。サンプル７と探針１０８との間には電圧印加
回路１１３によりバイアス電圧が印加され、これらの間
に流れるトンネル電流はトンネル電流検出回路１０９に
より検出される。また、Ｚ方向に関しては、アクチュエ
ータ駆動回路１０３によりサンプル７と探針１０８との
間に流れるトンネル電流の値が一定となるようにフィー
ドバック制御が行われている。これらの全ての回路はマ
イクロコンピュータ１１２により統一して制御され、観
察結果の表示が行われる。上記のように構成されたＳＴ
Ｍ装置において、まず、カンチレバー型圧電素子１を実
施例２と同様な方法を用いてアドミッタンスを計測する
ことによりサンプル７の表面と探針１０８との距離を計
測する。このとき、本実施例で用いたカンチレバー型圧
電素子１の変位量が、 ΔＺ／ΔＶ＝１．５９μｍ／Ｖ（固有振動数以下の
とき） ΔＺ／ΔＶ＝１１１ μｍ／Ｖ（固有振動数のと
き）であるために、高速なＳＴＭ動作を行う場合にはカンチ
レバー型圧電素子１のみの駆動でＺ軸方向の動きを行う
ことが適している。この場合、カンチレバー型圧電素子
１を固有振動数以下の周波数で駆動するので、サンプル
７と探針１０８とが１μｍいないになるように位置だし
を行う。その後、固有振動数以下の周波数でＺ軸駆動を
行う。

【００４４】上記のような駆動を行うと、容易にサンプ
ル７と探針１０８との距離を計測することができる。つ
まり、トンネル電流の検出による距離の計測（数ｎｍ以
下）とカンチレバー型圧電素子１のアドミッタンスによ
る距離の計測（数十μｍ以下）とを組み合せることによ
って、原子レベルから数十μｍオーダーの凹凸に対する
情報を得ることができ、広範囲の距離についての計測を
高精度に行うことができる。

【００４５】また、ＳＴＭにおいては、探針がサンプル
に接触しているにも関わらず、探針先端のコンタミネー
ションによりトンネル電流が流れにくくなる現象がよく
見られる。このような場合にはＳＴＭ像として誤った情
報が得ることが多くなるが、本発明によれば探針が接触
しているかどうかを容易に判断することができるので、
事前に探針の状態をモニターすることができ、より正確
ＳＴＭ像を得ることができるという利点を有する。

【００４６】［実施例４］本実施例においては、上述し
た位置だし方法および面合わせ方法を応用した記録再生
装置について述べる。

【００４７】図１１は本実施例の記録再生装置の構成を
示す図である。本実施例は図１０に示したＳＴＭの構成
を用いたものであるため同じ構成については図１０と同
じ番号を付している。

【００４８】支持台１０１の内部には、Ｚ方向駆動素子
１０２と、該Ｚ方向駆動素子１０２上に載置されたＸＹ
走査機構１１０が設けられている。ＸＹ走査機構１１０
の上には基板１１１が設けられ、基板１１１上には電極
１１６と記録媒体１１７とが設置されている。ＸＹ走査
機構１１０は、ＸＹ方向駆動回路１０７によって駆動さ
れ、記録媒体１１７には記録用電圧印加回路１１４によ
り記録ビットの書き込み、あるいは、再生用電圧印加回
路１１５により記録ビットの読出し用のパルス電圧が印
加される。Ｚ方向駆動回路１０６によってＺ方向駆動素
子１０２が駆動してＸＹ走査機構１１０上の記録媒体１
１７の傾きとＺ軸の調整ができる。

【００４９】Ｓｉ基板２には１０ｍｍ角のものが用いら
れ、Ｓｉ基板２上には複数のカンチレバー型圧電素子１
が記録媒体１１７と対向する向きに支持体１０１に取り
付けられている。各カンチレバー型圧電素子１の自由端
部には探針１０８が設けられている。各探針１０８に個
々に流れるトンネル電流は電流検出回路１０９によって
それぞれ検出される。各カンチレバーはアクチュエータ
駆動回路１０３によって駆動される。また、アドミッタ
ンスは駆動時にもアドミッタンス検出回路１０４によっ
て検出され、これらの情報はＺ方向位置制御回路１０５
による探針１０８と記録媒体１１７の位置を制御するた
めに用いられる。上記の全ての回路はマイクロコンピュ
ータ１１２により制御される。

【００５０】記録媒体１１７は、マイカ基板上にエピタ
キシャル成長させたＡｕ薄膜（２５００Å）上に有機記
録層を積層したものを用いた。有機記録層としては、ス
クアリリウム−ビス−６−オクチアズレンのＬＢ膜（１
層）を使用した。なお、ＬＢ膜の形成方法については特
開昭６３−１６１５５２号公報に開示されている方法を
用いた。

【００５１】まず、個々のカンチレバー型圧電素子１が
記録媒体１１７に対して位置が近似あるいは等価となる
ように実施例２に示した方法を用いて面合わせを行う。
このとき、全てのカンチレバー型圧電素子１上の探針１
０８と記録媒体１０７との距離がカンチレバーの固有振
動数以下の変位量（ストローク±１μｍ）の範囲に納ま
るように調整する必要がある。このように調整すること
により全てのカンチレバー型圧電素子１が自らの逆電圧
効果によって、記録媒体１１７の凹凸に追従してトンネ
ル電流を検出することができる。以上により、位置だし
および面合わせが行われる。

【００５２】次に、本実施例における記録再生方法につ
いて述べる。

【００５３】まず、探針１０８の１本を陽極側、電極１
１６を陰極側として５Ｖのパルス電圧を印加し、記録ビ
ットを生じさせた。次に、探針１０８と記録層との距離
をカンチレバー型圧電素子１によって保持したまま探針
１０８とＡｕ薄膜との間に１Ｖ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、記録ビットが形成されていることが確認できた。

【００５４】次に上記の記録再生装置を用いて記録を連
続的に行った。カンチレバー１本に対して１ビットあた
り５ｍｓｅｃの速度で複数のカンチレバーを順次駆動し
て記録を行い、その記録内容を確認したところ複数のカ
ンチレバー型圧電素子１による個々の記録ビットにエラ
ーの発生は見られなかった。

【００５５】

【発明の効果】本発明の面合わせ方法においては、精度
よく面合わせを行うことができ、これらの各方法を用い
たトンネル顕微鏡および記録再生装置においては、探針
の制御を良好に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で行われる位置制御方法を説明
するための図である。

【図２】図１中のカンチレバー型圧電素子１の構成を示
す断面図である。

【図３】（ａ）および（ｂ）のそれぞれは、カンチレバ
ー型圧電素子１の自由な状態における変位−周波数変化
およびアドミッタンス−周波数の関係を示す図である。

【図４】カンチレバー型圧電素子１の変位特性を示す図
である。

【図５】カンチレバー型圧電素子１の接触時のアドミッ
タンスを示す図である。

【図６】カンチレバー型圧電素子１の接触によるアドミ
ッタンスの変化を示す図である。

【図７】カンチレバー型圧電素子１の接触による固有振
動数の変化を示す図である。

【図８】カンチレバー型圧電素子１の接触状態を示す摸
式図である。

【図９】本発明の対象である面合わせの状態を示す図で
ある。

【図１０】本発明によるトンネル顕微鏡の実施例の構成
を示す図である。

【図１１】本発明による記録再生装置の実施例の構成を
示す図である。

【図１２】ＳＴＭに用いられるプローブの構造を示す図
である。

【符号の説明】

１カンチレバー型圧電素子２Ｓｉ基板３圧電素子４直流電源５交流電源６電圧計７サンプル１０１支持体１０２Ｚ方向駆動素子１０３アクチュエータ駆動回路１０４アドミッタンス検出回路１０５Ｚ方向位置制御回路１０６Ｚ方向駆動回路１０７ＸＹ方向駆動回路１０８探針１０９電流検出回路１１０ＸＹ走査機構１１１基板１１２マイクロコンピュータ１１３電圧印加回路１１４記録用電圧印加回路１１５再生用電圧印加回路１１６電極１１７記録媒体

フロントページの続き (72)発明者黒田亮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 (72)発明者鈴木義勇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 (72)発明者中山優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 (56)参考文献特開平６−137856（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32 G11B 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも１層の圧電体層
と、該圧電層に電圧を印加するための電極とを具備する
カンチレバー型圧電素子を用いる面合わせ方法であっ
て、前記カンチレバーを同一基板上に少なくとも２本以上設
け、各カンチレバーをその固有振動数で変位させ、前記固有
振動数での圧電素子のアドミッタンス変化によりサンプ
ル表面との距離を各々計測し、この複数の測定距離が近
似あるいは一致するように駆動させて前記基板とサンプ
ルとの面合わせを行うことを特徴とする面合わせ方法。
【請求項２】カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも１層の圧電体層
と、該圧電体層に電圧を印加するための電極とを具備す
るカンチレバー型圧電素子を用いる面合わせ方法であっ
て、前記カンチレバーを同一基板上に少なくとも２本以上設
け、圧電素子のアドミッタンスの周波数特性から、サンプル
表面との距離を各々計測し、この複数の測定距離が近似
あるいは一致するように駆動させて前記基板とサンプル
との面合わせを行うことを特徴とする面合わせ方法。
【請求項３】カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも１層の圧電体層と
該圧電体層に電圧を印加するための電極とを備えるカン
チレバー型圧電素子と、前記カンチレバーが少なくとも複数設けられた基板と、前記カンチレバー型圧電素子の自由端にそれぞれ取り付
けられた探針とを有し、前記カンチレバー型圧電素子と対向位置にサンプルを配
置し、深針を介してサンプル表面の凹凸の情報を出力す
るトンネル電流顕微鏡において、請求項１または請求項２に記載の方法を用いてカンチレ
バー型圧電素子とサンプルとの面合わせを行った後にサ
ンプル表面をカンチレバー型圧電素子で走査することを
特徴とするトンネル顕微鏡。
【請求項４】カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも１層の圧電体層と
該圧電層に電圧を印加するための電極とを備えるカンチ
レバー型圧電素子と、前記カンチレバー型圧電素子の自由端に取り付けられた
探針とを有し、前記カンチレバー型圧電素子と対向位置にサンプルを配
置し、深針を介してサンプル表面に記録または再生を行
う記録再生装置において、前記カンチレバー型圧電素子をその固有振動数で変位さ
せ、前記カンチレバー型圧電素子のアドミッタンス変化
により、記録媒体表面との距離を測定する手段と、該計測結果に基づいて記録媒体表面をカンチレバー型圧
電素子で走査する手段とを有することを特徴とする記録
再生装置。
【請求項５】カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも１層の圧電体層と
該圧電層に電圧を印加するための電極とを備えるカンチ
レバー型圧電素子と、前記カンチレバーが少なくとも複数設けられた基板と、前記カンチレバー型圧電素子の自由端にそれぞれ取り付
けられた探針とを有し、前記カンチレバー型圧電素子と対向位置に記録媒体を配
置し、深針を介して記録媒体表面に記録または再生を行
う記録再生装置において、請求項１または請求項２に記載の方法を用いてカンチレ
バー型圧電素子と記録媒体との面合わせを行った後に記
録媒体表面をカンチレバー型圧電素子で走査することを
特徴とする記録再生装置。