JPH06241781A - カンチレバー、及びこれを利用したカンチレバー型プローブ、及びカンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 - Google Patents
カンチレバー、及びこれを利用したカンチレバー型プローブ、及びカンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置Info
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- JPH06241781A JPH06241781A JP4985593A JP4985593A JPH06241781A JP H06241781 A JPH06241781 A JP H06241781A JP 4985593 A JP4985593 A JP 4985593A JP 4985593 A JP4985593 A JP 4985593A JP H06241781 A JPH06241781 A JP H06241781A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 走査型トンネル顕微鏡や情報処理装置に用い
られ、反りを低減し歩留まりを向上した薄膜積層体から
なるカンチレバー状変位素子を提供する。 【構成】 圧電体膜と電極膜とを積層して形成されるカ
ンチレバーの上下面に、圧電体膜よりも大きい線熱膨張
係数を有する金属膜を、カンチレバー中の残留応力を補
償するためのトリミング用部材として設けたカンチレバ
ー。
られ、反りを低減し歩留まりを向上した薄膜積層体から
なるカンチレバー状変位素子を提供する。 【構成】 圧電体膜と電極膜とを積層して形成されるカ
ンチレバーの上下面に、圧電体膜よりも大きい線熱膨張
係数を有する金属膜を、カンチレバー中の残留応力を補
償するためのトリミング用部材として設けたカンチレバ
ー。
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
（片持ちばり）状変位素子、及びこれを用いたカンチレ
バー型プローブに関する。
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられるカンチレバー
（片持ちばり）状変位素子、及びこれを用いたカンチレ
バー型プローブに関する。
【０００２】さらには、上記カンチレバー型プローブを
備え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、消去等を行なう情報
処理装置に関する。
備え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、消去等を行なう情報
処理装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】現在、走査型トンネル顕微鏡（以下、Ｓ
ＴＭと略す）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，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅ
ｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ
ｏｐｙ，’８９．Ｓ１３−３）、及び記録装置等の様々
な分野への応用が研究されている。
ＴＭと略す）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，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅ
ｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ
ｏｐｙ，’８９．Ｓ１３−３）、及び記録装置等の様々
な分野への応用が研究されている。
【０００４】なかでも、コンピューターの計算情報や映
像情報等では大容量を有する記録装置の要求が益々高ま
っており、さらに、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
から記録装置の小型化が望まれている。
像情報等では大容量を有する記録装置の要求が益々高ま
っており、さらに、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
から記録装置の小型化が望まれている。
【０００５】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仕事関数を変化させ、記録書き
込みし、また、仕事関数の変化によるトンネル電流の変
化を検知して情報の読み出しを行う、最小記録面積が１
０ｎｍ平方となる記録再生装置が提案されている。
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仕事関数を変化させ、記録書き
込みし、また、仕事関数の変化によるトンネル電流の変
化を検知して情報の読み出しを行う、最小記録面積が１
０ｎｍ平方となる記録再生装置が提案されている。
【０００６】かかる装置においては、試料を探針で数ｎ
ｍ〜数μｍの範囲で走査する必要があり、最近では、半
導体加工技術を利用したマイクロマシーニング技術
（Ｋ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｏｎ，“Ｓｉｌｉｃｏｎ ａｓ
ａ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ”．Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、７０
巻、４２０ページ、１９８２年）を用いて探針駆動機構
を微細に形成する試みがなされている。図１２はマイク
ロマシーニング技術により、Ｓｉ基板上に圧電体バイモ
ルフからなるカンチレバーを形成した例である（Ｔ．
Ｒ．Ａｌｂｒｅｃｈｔ，“Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ ＳＴＭ／Ｓ
ＴＳ ’８９ Ｓ１０−２）。
ｍ〜数μｍの範囲で走査する必要があり、最近では、半
導体加工技術を利用したマイクロマシーニング技術
（Ｋ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｏｎ，“Ｓｉｌｉｃｏｎ ａｓ
ａ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ”．Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、７０
巻、４２０ページ、１９８２年）を用いて探針駆動機構
を微細に形成する試みがなされている。図１２はマイク
ロマシーニング技術により、Ｓｉ基板上に圧電体バイモ
ルフからなるカンチレバーを形成した例である（Ｔ．
Ｒ．Ａｌｂｒｅｃｈｔ，“Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ ＳＴＭ／Ｓ
ＴＳ ’８９ Ｓ１０−２）。
【０００７】図１２（ａ）は、その斜視図であり、Ｓｉ
基板上に２分割電極９ａ、９ｂ−ＺｎＯ圧電体３’−中
電極８−ＺｎＯ圧電体３−２分割電極２ａ、２ｂと積層
したカンチレバーを作り、その下のＳｉ基板の一部を異
方性エッチングにより除去してＳｉ基板の端部から片持
ちで支持されるように形成されている。
基板上に２分割電極９ａ、９ｂ−ＺｎＯ圧電体３’−中
電極８−ＺｎＯ圧電体３−２分割電極２ａ、２ｂと積層
したカンチレバーを作り、その下のＳｉ基板の一部を異
方性エッチングにより除去してＳｉ基板の端部から片持
ちで支持されるように形成されている。
【０００８】上記圧電体バイモルフからなるカンチレバ
ーの先端には金属の探針６が接着などにより取りつけら
れ、引き出し電極１１を介してトンネル電流を検知す
る。その際、図１２（ｂ）の断面図に示すようにカンチ
レバーの上側の２分割電極２ａ、２ｂと中間電極８の間
にはさまれる２つの圧電体領域と下側の２分割電極９
ａ、９ｂとの間にはさまれた２つの圧電体領域の各々に
かける電圧を制御することによりカンチレバーを３次元
方向に動かすことができる。
ーの先端には金属の探針６が接着などにより取りつけら
れ、引き出し電極１１を介してトンネル電流を検知す
る。その際、図１２（ｂ）の断面図に示すようにカンチ
レバーの上側の２分割電極２ａ、２ｂと中間電極８の間
にはさまれる２つの圧電体領域と下側の２分割電極９
ａ、９ｂとの間にはさまれた２つの圧電体領域の各々に
かける電圧を制御することによりカンチレバーを３次元
方向に動かすことができる。
【０００９】マイクロマシーニング技術により形成され
る探針駆動機構は微細にでき、記録再生装置の情報の書
き込み、読み出しの速度を向上させるに要求されるプロ
ーブの複数化を容易にすることが可能となる。
る探針駆動機構は微細にでき、記録再生装置の情報の書
き込み、読み出しの速度を向上させるに要求されるプロ
ーブの複数化を容易にすることが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
装置においては電極及び圧電体の薄膜の積層を行うた
め、各々の層の厚み及び応力を十分に制御しなければな
らない。というのも、Ｓｉ基板をエッチングして作製す
るカンチレバーは各々の層の膜厚、応力に依存して反り
が発生するからである。
装置においては電極及び圧電体の薄膜の積層を行うた
め、各々の層の厚み及び応力を十分に制御しなければな
らない。というのも、Ｓｉ基板をエッチングして作製す
るカンチレバーは各々の層の膜厚、応力に依存して反り
が発生するからである。
【００１１】図１２に示すカンチレバーの反りは以下の
式（１）に比例している。ここで電極９、圧電体３’、
電極８、圧電体３、電極２の膜厚をｔ１、ｔ２、ｔ３、
ｔ４、ｔ５、応力をσ１、σ２、σ３、σ４、σ５とす
る。
式（１）に比例している。ここで電極９、圧電体３’、
電極８、圧電体３、電極２の膜厚をｔ１、ｔ２、ｔ３、
ｔ４、ｔ５、応力をσ１、σ２、σ３、σ４、σ５とす
る。
【００１２】 σ１｛Ａ×Ａ−Ｂ×Ｂ｝＋σ２｛Ｃ×Ｃ−Ａ×Ａ｝＋σ３｛Ｅ×Ｅ−Ｃ×Ｃ｝ ＋σ４｛Ｆ×Ｆ−Ｅ×Ｅ｝…（１） ここで、Ａ＝１／２ｔ３＋ｔ２ Ｂ＝１／２ｔ３＋ｔ２
＋ｔ１ Ｃ＝１／２ｔ３ Ｅ＝１／２ｔ３＋ｔ４ Ｆ＝
１／２ｔ３＋ｔ４＋ｔ５ カンチレバーの反りの発生する原因として、各々の薄膜
の膜厚ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５の誤差、膜の内部
応力の膜厚依存性（ｔ２＝ｔ４の時σ２≠σ４）、積層
時の基板の材質及び表面粗度、積層することによる基板
の熱膨張係数の変化等が考えられる。
＋ｔ１ Ｃ＝１／２ｔ３ Ｅ＝１／２ｔ３＋ｔ４ Ｆ＝
１／２ｔ３＋ｔ４＋ｔ５ カンチレバーの反りの発生する原因として、各々の薄膜
の膜厚ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５の誤差、膜の内部
応力の膜厚依存性（ｔ２＝ｔ４の時σ２≠σ４）、積層
時の基板の材質及び表面粗度、積層することによる基板
の熱膨張係数の変化等が考えられる。
【００１３】上記理由により発生するカンチレバーの反
りは、プローブと媒体との適切な位置関係を阻害し、ト
ンネル電流の生じるに必要な間隔を保つことを困難にす
る。
りは、プローブと媒体との適切な位置関係を阻害し、ト
ンネル電流の生じるに必要な間隔を保つことを困難にす
る。
【００１４】以上のような従来例の問題点に鑑み、本発
明は反りの原因となっている残留応力を補償して反りを
低減し、歩留まりを飛躍的に向上したカンチレバーを提
供することを目的とする。
明は反りの原因となっている残留応力を補償して反りを
低減し、歩留まりを飛躍的に向上したカンチレバーを提
供することを目的とする。
【００１５】また、本発明の他の目的は、このカンチレ
バーを利用したプローブを用いた走査型トンネル顕微鏡
及び情報処理装置を提供することにある。
バーを利用したプローブを用いた走査型トンネル顕微鏡
及び情報処理装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に成された本発明は、薄膜を積層して形成されるカンチ
レバーに、該カンチレバー中の残留応力を補償するトリ
ミング用部材を設けたことを特徴とするカンチレバーで
あり、上記カンチレバーの自由端部に、情報入出力用探
針を設けたことを特徴とするカンチレバー型プローブで
あり、上記カンチレバー型プローブを、同一基板上に複
数設けたことを特徴とする集積化カンチレバー型プロー
ブであり、上記カンチレバー型プローブまたは上記集積
化カンチレバー型プローブを用いたことを特徴とする走
査型トンネル顕微鏡であり、更には、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、消去を行う情
報処理装置において、上記カンチレバー型プローブまた
は上記集積化カンチレバー型プローブを用いたことを特
徴とする情報処理装置である。
に成された本発明は、薄膜を積層して形成されるカンチ
レバーに、該カンチレバー中の残留応力を補償するトリ
ミング用部材を設けたことを特徴とするカンチレバーで
あり、上記カンチレバーの自由端部に、情報入出力用探
針を設けたことを特徴とするカンチレバー型プローブで
あり、上記カンチレバー型プローブを、同一基板上に複
数設けたことを特徴とする集積化カンチレバー型プロー
ブであり、上記カンチレバー型プローブまたは上記集積
化カンチレバー型プローブを用いたことを特徴とする走
査型トンネル顕微鏡であり、更には、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、消去を行う情
報処理装置において、上記カンチレバー型プローブまた
は上記集積化カンチレバー型プローブを用いたことを特
徴とする情報処理装置である。
【００１７】本発明のカンチレバーは、例えば圧電バイ
モルフ構造からなる駆動用部材として、また半導体ピエ
ゾ素子構造からなるセンシング用部材として用いられ、
例えばシリコン単結晶基板上にマイクロマシニング技術
を用いて製造される。
モルフ構造からなる駆動用部材として、また半導体ピエ
ゾ素子構造からなるセンシング用部材として用いられ、
例えばシリコン単結晶基板上にマイクロマシニング技術
を用いて製造される。
【００１８】上記カンチレバーは薄膜積層体であって、
各薄膜層は半導体等からなる圧電体層や、導電体からな
る電極層である。
各薄膜層は半導体等からなる圧電体層や、導電体からな
る電極層である。
【００１９】本発明において用いられる圧電体層の材料
としては、ＺｎＯ，ＡｌＮ，Ｔａ2Ｏ5 ，ＰＺＴ，ＰＬ
ＺＴ，ＰＶＤＦなどがあり、特に材料が限定されること
はない。
としては、ＺｎＯ，ＡｌＮ，Ｔａ2Ｏ5 ，ＰＺＴ，ＰＬ
ＺＴ，ＰＶＤＦなどがあり、特に材料が限定されること
はない。
【００２０】また電極層の材料としては、Ａｕ，Ａｌ，
Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕなど単体の金属、Ａｕ／Ｃｒ，Ｐｔ／
Ｔｉなどの複層の電極合金、導電性化合物等を用いるこ
とができ、その材料は特に限定されない。
Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕなど単体の金属、Ａｕ／Ｃｒ，Ｐｔ／
Ｔｉなどの複層の電極合金、導電性化合物等を用いるこ
とができ、その材料は特に限定されない。
【００２１】本発明に係るトリミング用部材は、上記各
種薄膜層を積層することによりカンチレバー中に残留す
る応力によって生じたカンチレバーの反りを許容範囲内
になるまで低減させるためのものである。
種薄膜層を積層することによりカンチレバー中に残留す
る応力によって生じたカンチレバーの反りを許容範囲内
になるまで低減させるためのものである。
【００２２】トリミング用部材はカンチレバーの片面あ
るいは両面に設けることができ、その材料としては、圧
電体層と異なる線熱膨張係数を有するものを用いること
ができ、例えば金属膜のように線熱膨張係数の大きいも
のや、ＳｉＯ2のように線熱膨張系数の小さいものを用
いることができる。
るいは両面に設けることができ、その材料としては、圧
電体層と異なる線熱膨張係数を有するものを用いること
ができ、例えば金属膜のように線熱膨張係数の大きいも
のや、ＳｉＯ2のように線熱膨張系数の小さいものを用
いることができる。
【００２３】本発明のカンチレバー型プローブにおい
て、前記情報入出力用探針は、本発明のカンチレバーの
自由端部に例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｗなどの金属片を接着す
るか、あるいは金属膜を堆積、加工して針状に形成する
ことができるが、この方法に限定されるものではない。
て、前記情報入出力用探針は、本発明のカンチレバーの
自由端部に例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｗなどの金属片を接着す
るか、あるいは金属膜を堆積、加工して針状に形成する
ことができるが、この方法に限定されるものではない。
【００２４】
【実施例及び作用】以下、本発明を実施例により具体的
に説明する。
に説明する。
【００２５】実施例１ 本実施例は本発明のカンチレバー型プローブを作製した
ものであり、図１にその構成図を示す。
ものであり、図１にその構成図を示す。
【００２６】先ず、図２〜図６を用いて本実施例におけ
る製造工程を説明する。 （１）図１２に示した従来のカンチレバーの製造方法と
同様に、Ｓｉ基板上に（２分割）電極９−ＺｎＯ圧電体
３’−中電極８−ＺｎＯ圧電体３−（２分割）電極２及
び引き出し電極１１を積層した後、Ｓｉ基板１の一部を
異方性エッチングにより除去しＳｉ基板の端部から片持
ちで支持されるカンチレバーを形成した。更に、このよ
うにして形成した圧電バイモルフ構造のカンチレバーの
上，下面に絶縁層４，４’としてプラズマＣＶＤを用い
てＳｉＯ2 を５０００Å厚形成した（図２参照）。尚、
本実施例では電極２，８，９，１１はいずれもＡｕを用
いた。 （２）次に、絶縁層４，４’をフォトリソグラフィ等を
用いてパターニングし不要部分を除去した（図３参
照）。 （３）次に、カンチレバーを２００℃〜３００℃に加熱
した状態で両面にトリミング用部材５，５’としてＡｌ
膜を真空蒸着法などで１μｍ厚形成した（図４参照）。 （４）次に、トリミング用部材５，５’をフォトリソグ
ラフィ等を用いてパターニングし不要部分を除去した
（図５参照）。 （５）次に、カンチレバーの自由端部に、Ｗからなる探
針６を接着しカンチレバー型プローブを完成した（図６
参照）。 （６）次に、薄膜積層体であるカンチレバー中の残留応
力による反りを低減するために、レーザートリミング装
置１０を用いてトリミング用部材５の一部（図中の７）
を除去した（図７参照）。
る製造工程を説明する。 （１）図１２に示した従来のカンチレバーの製造方法と
同様に、Ｓｉ基板上に（２分割）電極９−ＺｎＯ圧電体
３’−中電極８−ＺｎＯ圧電体３−（２分割）電極２及
び引き出し電極１１を積層した後、Ｓｉ基板１の一部を
異方性エッチングにより除去しＳｉ基板の端部から片持
ちで支持されるカンチレバーを形成した。更に、このよ
うにして形成した圧電バイモルフ構造のカンチレバーの
上，下面に絶縁層４，４’としてプラズマＣＶＤを用い
てＳｉＯ2 を５０００Å厚形成した（図２参照）。尚、
本実施例では電極２，８，９，１１はいずれもＡｕを用
いた。 （２）次に、絶縁層４，４’をフォトリソグラフィ等を
用いてパターニングし不要部分を除去した（図３参
照）。 （３）次に、カンチレバーを２００℃〜３００℃に加熱
した状態で両面にトリミング用部材５，５’としてＡｌ
膜を真空蒸着法などで１μｍ厚形成した（図４参照）。 （４）次に、トリミング用部材５，５’をフォトリソグ
ラフィ等を用いてパターニングし不要部分を除去した
（図５参照）。 （５）次に、カンチレバーの自由端部に、Ｗからなる探
針６を接着しカンチレバー型プローブを完成した（図６
参照）。 （６）次に、薄膜積層体であるカンチレバー中の残留応
力による反りを低減するために、レーザートリミング装
置１０を用いてトリミング用部材５の一部（図中の７）
を除去した（図７参照）。
【００２７】本実施例ではトリミング用部材としてＡｌ
膜を使用しているので、圧電体層（ＺｎＯ）と比較して
線熱膨張係数が大きく（Ａｌの線膨張率：３０．２×Ｅ
−６，ＺｎＯの線膨張率：４×Ｅ−６）、２００〜３０
０℃に加熱した状態で形成されたトリミング用部材は、
常温ではカンチレバーを縮ませる方向に働いている。そ
のためトリミング用部材をトリミングして除去すること
により、トリミング面と反対側にカンチレバーが反る方
向に補正されることになる。トリミングが過大になり反
りが反対側になった場合には反対面をトリミングするこ
とで再補正が可能である。
膜を使用しているので、圧電体層（ＺｎＯ）と比較して
線熱膨張係数が大きく（Ａｌの線膨張率：３０．２×Ｅ
−６，ＺｎＯの線膨張率：４×Ｅ−６）、２００〜３０
０℃に加熱した状態で形成されたトリミング用部材は、
常温ではカンチレバーを縮ませる方向に働いている。そ
のためトリミング用部材をトリミングして除去すること
により、トリミング面と反対側にカンチレバーが反る方
向に補正されることになる。トリミングが過大になり反
りが反対側になった場合には反対面をトリミングするこ
とで再補正が可能である。
【００２８】本実施例において作製したカンチレバーの
幅は４０μｍ、長さは２００μｍであり、トリミング前
（図６）のカンチレバー先端の反りは２μｍであった。
また、トリミング用部材をトリミングすることにより、
容易にカンチレバー先端の反りを０．５μｍ以下とする
ことができた。
幅は４０μｍ、長さは２００μｍであり、トリミング前
（図６）のカンチレバー先端の反りは２μｍであった。
また、トリミング用部材をトリミングすることにより、
容易にカンチレバー先端の反りを０．５μｍ以下とする
ことができた。
【００２９】実施例２ 本実施例は図８に示される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。
型プローブを作製したものである。
【００３０】本実施例では、カンチレバーの片面（図の
上面）のみにトリミング用部材を形成した以外は実施例
１と同様であり、トリミングが過大になり反りが反対側
になった場合に、その再補正をすることはできないが、
製造工程が簡単になる。
上面）のみにトリミング用部材を形成した以外は実施例
１と同様であり、トリミングが過大になり反りが反対側
になった場合に、その再補正をすることはできないが、
製造工程が簡単になる。
【００３１】本実施例においても、カンチレバーの幅は
４０μｍ、長さは２００μｍであり、トリミング前のカ
ンチレバー先端の反りは２μｍであった。また、トリミ
ング用部材５の一部（図中の７）をトリミングすること
により、容易にカンチレバー先端の反りを０．５μｍ以
下とすることができた。
４０μｍ、長さは２００μｍであり、トリミング前のカ
ンチレバー先端の反りは２μｍであった。また、トリミ
ング用部材５の一部（図中の７）をトリミングすること
により、容易にカンチレバー先端の反りを０．５μｍ以
下とすることができた。
【００３２】実施例３ 本実施例は、図９に示されるように実施例１で作製した
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
上に複数個作製し、集積化カンチレバー型プローブを作
製したものであり、更には、この集積化カンチレバー型
プローブを用いてＳＴＭ装置並びに情報処理装置を作製
したものである。
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
上に複数個作製し、集積化カンチレバー型プローブを作
製したものであり、更には、この集積化カンチレバー型
プローブを用いてＳＴＭ装置並びに情報処理装置を作製
したものである。
【００３３】本実施例の集積化カンチレバー型プローブ
１２は、実施例１で説明した作製方法においてフォトリ
ソグラフのパターンを拡張するだけで同時に作製するこ
とができ、組立て作業は必要ない。このように同一の基
板上へ複数のカンチレバーを一括して形成しているた
め、寸法精度が非常に高く、各カンチレバー間のばらつ
きも非常に小さく抑えることができる。
１２は、実施例１で説明した作製方法においてフォトリ
ソグラフのパターンを拡張するだけで同時に作製するこ
とができ、組立て作業は必要ない。このように同一の基
板上へ複数のカンチレバーを一括して形成しているた
め、寸法精度が非常に高く、各カンチレバー間のばらつ
きも非常に小さく抑えることができる。
【００３４】また基板としてＳｉ単結晶を用いることに
より、トランジスタやダイオード等の半導体素子も同一
基板上へ集積化することも可能となり、トンネル電流の
増幅回路やカンチレバー駆動用のアンプ等を一体化する
ことができる。
より、トランジスタやダイオード等の半導体素子も同一
基板上へ集積化することも可能となり、トンネル電流の
増幅回路やカンチレバー駆動用のアンプ等を一体化する
ことができる。
【００３５】上記集積化カンチレバー型プローブの各カ
ンチレバーに設けられたトリミング用部材に対して、実
施例１と同様にしてレーザートリミングを行ったとこ
ろ、容易に各カンチレバーの反り量を均一にすることが
できた。
ンチレバーに設けられたトリミング用部材に対して、実
施例１と同様にしてレーザートリミングを行ったとこ
ろ、容易に各カンチレバーの反り量を均一にすることが
できた。
【００３６】次に上記集積化カンチレバー型プローブを
用いてＳＴＭ装置を作製した例について述べる。図１０
にこの装置のブロック図を示す。本装置では集積化カン
チレバー型プローブ１２にて試料１３に探針６を近づけ
たのち（図のＺ方向）、試料１３面内のｘ方向、ｙ方向
をｘ−ｙステージ１４にて走査し、探針６と試料１３に
バイアス電圧印加回路１５より電圧を加え、そのとき観
察されるトンネル電流をトンネル電流検出回路１６で読
み出し、像観察を行なう。試料１３と探針６の間隔制御
とｘ−ｙステージ１４の駆動制御は駆動制御回路１７に
て行なう。これら回路のシーケンス制御はＣＰＵ１８に
て行なう。
用いてＳＴＭ装置を作製した例について述べる。図１０
にこの装置のブロック図を示す。本装置では集積化カン
チレバー型プローブ１２にて試料１３に探針６を近づけ
たのち（図のＺ方向）、試料１３面内のｘ方向、ｙ方向
をｘ−ｙステージ１４にて走査し、探針６と試料１３に
バイアス電圧印加回路１５より電圧を加え、そのとき観
察されるトンネル電流をトンネル電流検出回路１６で読
み出し、像観察を行なう。試料１３と探針６の間隔制御
とｘ−ｙステージ１４の駆動制御は駆動制御回路１７に
て行なう。これら回路のシーケンス制御はＣＰＵ１８に
て行なう。
【００３７】具体的には、探針６を試料１３の表面へ接
近させたとき、この表面が導電性を持つ場合、探針６と
試料１３との距離が数ｎｍ程度まで近づくと探針６と試
料１３との間にトンネル電流が流れる。このトンネル電
流は、探針６の先端と試料１３との距離により指数関数
的に変化するため、このトンネル電流をトンネル電流検
出回路１６で取出して増幅を行ないカンチレバー部の駆
動電圧にフィードバックをかけることにより、探針６の
先端と試料１３の表面までの距離を一定に保つことがで
きる。この様な状態でカンチレバー部をｘ，ｙ方向に微
小に変位させることにより、フィードバック電圧の変化
により極微小表面の凹凸を観察することが可能である。
近させたとき、この表面が導電性を持つ場合、探針６と
試料１３との距離が数ｎｍ程度まで近づくと探針６と試
料１３との間にトンネル電流が流れる。このトンネル電
流は、探針６の先端と試料１３との距離により指数関数
的に変化するため、このトンネル電流をトンネル電流検
出回路１６で取出して増幅を行ないカンチレバー部の駆
動電圧にフィードバックをかけることにより、探針６の
先端と試料１３の表面までの距離を一定に保つことがで
きる。この様な状態でカンチレバー部をｘ，ｙ方向に微
小に変位させることにより、フィードバック電圧の変化
により極微小表面の凹凸を観察することが可能である。
【００３８】また、図には示していないが、ｘ−ｙステ
ージ１４による走査の機構としては、円筒型ピエゾアク
チュエータ、平行バネ、作動マイクロメータ、ボイスコ
イル、インチウォームなどの制御機構を用いて行なう。
ージ１４による走査の機構としては、円筒型ピエゾアク
チュエータ、平行バネ、作動マイクロメータ、ボイスコ
イル、インチウォームなどの制御機構を用いて行なう。
【００３９】この装置にて、試料１３にＨＯＰＧ（グラ
ファイト）板を用いて表面観察を行なった。バイアス電
圧印加回路１５にて２００ｍＶの直流電圧を探針６と試
料１３の間に加えた。この状態で試料１３に沿って探針
６を走査してトンネル電流検出回路１６を用いて検出さ
れる信号より表面観察を行なった。スキャンエリアを
０．０５μｍ×０．０５μｍとして観察したところ、す
べての探針において良好な原子像を再現性良く得ること
ができた。このようにＳＴＭの原理による動作が確認さ
れ表面観察動作が確認された。
ファイト）板を用いて表面観察を行なった。バイアス電
圧印加回路１５にて２００ｍＶの直流電圧を探針６と試
料１３の間に加えた。この状態で試料１３に沿って探針
６を走査してトンネル電流検出回路１６を用いて検出さ
れる信号より表面観察を行なった。スキャンエリアを
０．０５μｍ×０．０５μｍとして観察したところ、す
べての探針において良好な原子像を再現性良く得ること
ができた。このようにＳＴＭの原理による動作が確認さ
れ表面観察動作が確認された。
【００４０】また、図１１に先の集積化カンチレバー型
プローブを用いた、情報の記録・再生等を行なえる情報
処理装置の模式図を示す。
プローブを用いた、情報の記録・再生等を行なえる情報
処理装置の模式図を示す。
【００４１】同図において、１９は電圧印加により抵抗
値が変化する記録層、２０は金属電極層、２１は記録媒
体基板である。１４はＸＹステージ、１２は本発明によ
る集積化カンチレバー型プローブ、２２は集積化カンチ
レバー型プローブ１２の支持体、２３は集積化カンチレ
バー型プローブ１２をＺ方向へ粗動するためのリニアア
クチュエータ、２４，２５はＸＹステージ１４をそれぞ
れＸ，Ｙ方向へ駆動するリニアアクチュエータ、２６は
記録再生用のバイアス回路である。１６はトンネル電流
検出回路、２７は集積化カンチレバー型プローブ１２を
Ｚ方向に移動させるためのサーボ回路であり、２８はア
クチュエータ２３を駆動するためのサーボ回路である。
２９は個々のカンチレバーを微小変位させるための駆動
回路であり、３１はＸＹステージ１４の位置制御を行な
う駆動回路である。３２はこれらの操作を制御するＣＰ
Ｕである。３０はアクチュエータ２３の駆動回路であ
る。
値が変化する記録層、２０は金属電極層、２１は記録媒
体基板である。１４はＸＹステージ、１２は本発明によ
る集積化カンチレバー型プローブ、２２は集積化カンチ
レバー型プローブ１２の支持体、２３は集積化カンチレ
バー型プローブ１２をＺ方向へ粗動するためのリニアア
クチュエータ、２４，２５はＸＹステージ１４をそれぞ
れＸ，Ｙ方向へ駆動するリニアアクチュエータ、２６は
記録再生用のバイアス回路である。１６はトンネル電流
検出回路、２７は集積化カンチレバー型プローブ１２を
Ｚ方向に移動させるためのサーボ回路であり、２８はア
クチュエータ２３を駆動するためのサーボ回路である。
２９は個々のカンチレバーを微小変位させるための駆動
回路であり、３１はＸＹステージ１４の位置制御を行な
う駆動回路である。３２はこれらの操作を制御するＣＰ
Ｕである。３０はアクチュエータ２３の駆動回路であ
る。
【００４２】このようなシステムを用い上述のＳＴＭと
同様の動作を行なうことにより、ｎｍオーダーの記録密
度の大容量・高密度な記録、再生、消去を行なうことが
可能となり、またプローブを多数集積化し、それらを同
時に走査するため、高速度の記録再生を行なうことがで
きた。
同様の動作を行なうことにより、ｎｍオーダーの記録密
度の大容量・高密度な記録、再生、消去を行なうことが
可能となり、またプローブを多数集積化し、それらを同
時に走査するため、高速度の記録再生を行なうことがで
きた。
【００４３】
【発明の効果】以上説明した様に本発明は以下の効果を
奏する。 （１）本発明のカンチレバー及びカンチレバー型プロー
ブは反りを低減できる構成を有することにより、許容反
り量に対して歩留まりの向上ができると共に、任意の反
り量に製造することもでき、幅広い用途が期待されるも
のである。 （２）本発明のカンチレバー型プローブあるいは集積化
カンチレバー型プローブを用いた本発明の走査型トンネ
ル顕微鏡は、高速で信頼性の高い像観察を安定して行う
ことができる。 （３）本発明のカンチレバー型プローブあるいは集積化
カンチレバー型プローブを用いた本発明の情報処理装置
は、ｎｍオーダーの記録密度をもつ大容量・高密度の装
置となり、かつ、高速で記録再生等を行うことができる
とともに、エラーの発生率を小さくすることができ信頼
性の高い装置となる。
奏する。 （１）本発明のカンチレバー及びカンチレバー型プロー
ブは反りを低減できる構成を有することにより、許容反
り量に対して歩留まりの向上ができると共に、任意の反
り量に製造することもでき、幅広い用途が期待されるも
のである。 （２）本発明のカンチレバー型プローブあるいは集積化
カンチレバー型プローブを用いた本発明の走査型トンネ
ル顕微鏡は、高速で信頼性の高い像観察を安定して行う
ことができる。 （３）本発明のカンチレバー型プローブあるいは集積化
カンチレバー型プローブを用いた本発明の情報処理装置
は、ｎｍオーダーの記録密度をもつ大容量・高密度の装
置となり、かつ、高速で記録再生等を行うことができる
とともに、エラーの発生率を小さくすることができ信頼
性の高い装置となる。
【図１】本発明のカンチレバー型プローブの一実施例を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図２】図１のカンチレバー型プローブの製造工程を説
明するための図である。
明するための図である。
【図３】図１のカンチレバー型プローブの製造工程を説
明するための図である。
明するための図である。
【図４】図１のカンチレバー型プローブの製造工程を説
明するための図である。
明するための図である。
【図５】図１のカンチレバー型プローブの製造工程を説
明するための図である。
明するための図である。
【図６】図１のカンチレバー型プローブの製造工程を説
明するための図である。
明するための図である。
【図７】図１のカンチレバー型プローブの製造工程を説
明するための図である。
明するための図である。
【図８】本発明のカンチレバー型プローブの他の実施例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図９】本発明の集積化カンチレバー型プローブの一実
施例を模式的に示した図である。
施例を模式的に示した図である。
【図１０】図９の集積化カンチレバー型プローブを用い
たＳＴＭ装置のブロック構成図である。
たＳＴＭ装置のブロック構成図である。
【図１１】図９の集積化カンチレバー型プローブを用い
た情報処理装置のブロック構成図である。
た情報処理装置のブロック構成図である。
【図１２】従来例のカンチレバー型プローブの構成図で
ある。
ある。
１ シリコン基板 ２，２ａ，２ｂ 上電極 ３，３’ 圧電体 ４，４’ 絶縁層 ５，５’ トリミング用部材 ６ 探針 ７ トリミングによる加工溝 ８ 中電極 ９，９ａ，９ｂ 下電極 １０ レーザートリミング装置 １１ 引き出し電極 １２ 集積化カンチレバー型プローブ １３ 試料 １４ Ｘ−Ｙステージ １５ バイアス電圧印加回路 １６ トンネル電流検出回路 １７ 駆動制御回路 １８ ＣＰＵ １９ 記録層 ２０ 金属電極層 ２１ 記録媒体基板 ２２ 支持体 ２３〜２５ リニアアクチュエーター ２６ バイアス回路 ２７，２８ サーボ回路 ２９〜３１ 駆動回路 ３２ ＣＰＵ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山野 明彦 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 紫藤 俊一 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】 薄膜を積層して形成されるカンチレバー
に、該カンチレバー中の残留応力を補償するトリミング
用部材を設けたことを特徴とするカンチレバー。 - 【請求項２】 請求項１に記載のカンチレバーの自由端
部に、情報入出力用探針を設けたことを特徴とするカン
チレバー型プローブ。 - 【請求項３】 請求項２に記載のカンチレバー型プロー
ブを、同一基板上に複数設けたことを特徴とする集積化
カンチレバー型プローブ。 - 【請求項４】 請求項２または３に記載のカンチレバー
型プローブを用いた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、消去を行う情報処理装置において、
請求項２または３に記載のカンチレバー型プローブを用
いたことを特徴とする情報処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4985593A JPH06241781A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | カンチレバー、及びこれを利用したカンチレバー型プローブ、及びカンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4985593A JPH06241781A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | カンチレバー、及びこれを利用したカンチレバー型プローブ、及びカンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241781A true JPH06241781A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12842677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4985593A Withdrawn JPH06241781A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | カンチレバー、及びこれを利用したカンチレバー型プローブ、及びカンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06241781A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003017351A1 (fr) * | 2001-08-10 | 2003-02-27 | Advantest Corporation | Procede de fabrication d'une carte sonde |
| KR100451435B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2004-10-06 | 학교법인 포항공과대학교 | 고종횡비 팁을 갖는 압전 캔티레버 및 그 제조 방법 |
| JP2005279831A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Sony Corp | Ｍｅｍｓ素子、光学ｍｅｍｓ素子、回折型光学ｍｅｍｓ素子、並びにレーザディスプレイ |
| JP2006234443A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電振動型慣性センサ及びその製造方法 |
| JP2007183147A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 振動素子およびこの振動素子を用いた角速度センサ |
| JP4732588B2 (ja) * | 1999-02-15 | 2011-07-27 | シルバーブルック リサーチ プロプライエタリイ、リミテッド | 熱アクチュエータ及び機械的アクチュエータ |
| US7997686B2 (en) | 1999-02-15 | 2011-08-16 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle arrangement incorporating thermal differential actuator |
-
1993
- 1993-02-17 JP JP4985593A patent/JPH06241781A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4732588B2 (ja) * | 1999-02-15 | 2011-07-27 | シルバーブルック リサーチ プロプライエタリイ、リミテッド | 熱アクチュエータ及び機械的アクチュエータ |
| US7997686B2 (en) | 1999-02-15 | 2011-08-16 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle arrangement incorporating thermal differential actuator |
| WO2003017351A1 (fr) * | 2001-08-10 | 2003-02-27 | Advantest Corporation | Procede de fabrication d'une carte sonde |
| US7243410B2 (en) | 2001-08-10 | 2007-07-17 | Advantest Corporation | Method for manufacturing a probe card |
| KR100451435B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2004-10-06 | 학교법인 포항공과대학교 | 고종횡비 팁을 갖는 압전 캔티레버 및 그 제조 방법 |
| JP2005279831A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Sony Corp | Ｍｅｍｓ素子、光学ｍｅｍｓ素子、回折型光学ｍｅｍｓ素子、並びにレーザディスプレイ |
| JP4581453B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2010-11-17 | ソニー株式会社 | Ｍｅｍｓ素子、光学ｍｅｍｓ素子、回折型光学ｍｅｍｓ素子、並びにレーザディスプレイ |
| JP2006234443A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電振動型慣性センサ及びその製造方法 |
| JP4599510B2 (ja) * | 2005-02-22 | 2010-12-15 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 圧電振動型慣性センサ及びその製造方法 |
| JP2007183147A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 振動素子およびこの振動素子を用いた角速度センサ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |