DE69126765T2 - Neigungswinkelbestimmungsverfahren sowie Informationsbestimmungsschreibvorrichtung dafür - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Information auf ein/von einem Informationsmedium entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 9.
• Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für eine Informationsverarbeitungsvorrichtung, ein Informationsverarbeitungsverfahren und ein Neigungskorrekturverfahren, bei denen ein Mikroskop vom Typ der Abtastsonde (das nachfolgend als SXM bezeichnet wird) eingesetzt wird, welches einen Mechanismus zur Korrektur einer Neigung zwischen einer Abtastebenen einer Sonde und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums hat.
Stand der Technik
• In den letzten Jahren sind im Zuge der Ausweitung der Informationsorientiertheit der Gesellschaft Speicher großer Kapazität entwickelt worden. Jüngst ist eine Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung in Erscheinung getreten (vgl. JP-A-61-80636, US-A-4 575 822 o. ä.), bei der ein Rastertunnelmikroskop (welches nachfolgend als STM bezeichnet wird) eingesetzt wird. Das durch G. Binnig et al [G. Binnig et al, Helvetica Physica Acta, 55, 726 (1982)] entwickelte STM stellt ein Verfahren zur Beobachtung eines Oberflächenzustandes einer Probe unter Ausnutzung der Tatsache dar, daß ein Tunnelstrom fließt, wenn eine Spannung zwischen eine Metallsonde (Sondenelektrode) und eine leitfähige Probe angelegt wird und diese veranlaßt werden, sich einander bis auf einen Abstand von 1 nm anzunähern. Dieser Strom ist sehr empfindlich für eine Abstandsänderung zwischen Sonde und Probe. Daher wird der Abstand zwischen Sonde und Probe durch Abtastung der Probe unter Beibehaltung eines konstanten Tunnelstroms gemessen, oder es wird eine Änderung des Tunnelstroms gemessen, die erhalten wird, wenn die Probe unter Beibehaltung eines gegebenen Abstands abgetastet wird, wodurch der Oberflächenzustand der Probe erfaßt wird. Dabei beträgt die Auflösung in einer Richtung in der Ebene etwa 0,1 nm. Folglich kann unter Anwendung des STM-Verfahrens eine hochdichte Aufzeichnung/Wiedergabe in atomarer Größenordnung (in der Ordnung von weniger als Nanometern) erreicht werden; vgl. JP-A-63-204531, JP-A-63-161552, JP-A-63-161553 o. ä. Weiterhin sind im Zusammenhang mit der Entwicklung des STM-Verfahrens verschiedene Verfahren (SXM-Verfahren) zum Messen des Oberflächenzustandes einer Probe durch abtastendes Entlangfahren mittels einer Sonde auf der Probenoberfläche unter Erfassung verschiedener anderer Wechselwirkungen (nicht auf den Tunnelstrom beschränkt), die von dem Abstand zwischen Sonde und Probe abhängen, vorgeschlagen worden. Wenn das SXM eingesetzt wird, kann eine hochdichte Aufzeichnung/Wiedergabe auf dieselbe Weise wie im Falle der Nutzung des STM erhalten werden.
• Wie oben beschrieben, kann eine hochdichte Aufzeichnung/Wiedergabe im Prinzip unter Nutzung des SXM-Verfahrens erreicht werden. in der Praxis bleiben jedoch verschiedene Probleme ungelöst Die Probleme des SXM werden nachfolgend unter Benutzung des STM als Beispiel beschrieben.
• Zuerst muß eine Sonde abtastend parallel zur Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums bewegt werden. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, das heißt, wenn das Aufzeichnungsmedium geneigt und auf einem Probentisch angeordnet ist, kann ein beobachtetes Oberflächenmuster verzerrt sein, die Sonde kann mit der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums kollidieren, oder es kann ein unkontrollierbarer Zustand auftreten, da die Sonde sich zu weit weg von der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums befindet. Wenn der Abtastbereich (ein für die Informationsaufzeichnung benutzter Bereich) relativ klein ist und ein Bewegungsbetrag der Sonde in vertikaler Richtung (die nachfolgend als Richtung der z-Achse bezeichnet wird), der durch die Neigung des Aufzeichnungsmediums bewirkt ist, innerhalb des Bereiches einer z-Achsen-Feinsteuerbewegung der Sonde (von beispielsweise 1 µm oder weniger) fällt, so kann nur durch Benutzung eines elektrischen Filters der durch die tatsächliche Struktur der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums verursachte Bewegungsbetrag der Sonde aus dem Bewegungsbetrag der Sonde separiert werden. Tatsächlich ist eine STM-Vorrichtung mit Filtern zur Entfernung verschiedener Frequenzkomponenten ausgerüstet. JP-A-2-147803 schlägt eine STM-Vorrichtung vor, die einen eine Drehung der Probe zur Lösung der genannten Probleme geeigneten Mechanismus aufweist. Bei diesem Verfahren kann jedoch, wenn ein Aufzeichnungsgebiet hinreichend groß ist oder wenn ein Aufzeichnungsmedium groß ist, der durch die Neigung des Aufzeichnungsmediums erzwungene Bewegungsbetrag der Sonde in z-Richtung häufig den Steuerbereich der Sonde übersteigen. Auch wenn der Bewegungsbetrag der Sonde in z-Richtung den Steuerbereich nicht überschreitet, wird der Bewegungsabstand der Sonde in der xy-Ebene vom tatsächlichen räumlichen Abstand in der x'y'-Ebene abweichen, solange nicht die Ebene, in der beispielsweise die Spitze der Sonde während der Abtastbewegung der Sonde bewegt wird, das heißt, eine beliebige Richtung in der Abtastebene der Sonde (die nachfolgend als xy-Ebene bezeichnet wird) parallel zu einer beliebigen Richtung des Aufzeichnungsmediums (die nachfolgend als x'y'-Ebene bezeichnet wird) ist. Daher kann eine Inkoinzidenz (Nicht-Parallelität) zwischen der xy-Ebene und der x'y'-Ebene häufig die Genauigkeit der Aufzeichnung/Wiedergabe beeinträchtigen.
• Als zweites ist es bei einem Aufzeichnungs-/Wiedergabeverfahren unter Nutzung des STM unverzichtbar, den Abstand zwischen einer Sonde und einem Aufzeichnungsmedium mit einer Präzision in der Größenordnung im Submikrometerbereich zu steuern. In diesem Falle wird normalerweise ein piezoelektrisches Element bei der Abstandssteuerung eingesetzt. Die Arbeitsgeschwindigkeit des piezoelektrischen Elements hat jedoch eine obere Grenze von etwa 1 MHz. Daher muß, wenn das STM-Verfahren beispielsweise bei der Aufzeichnung/Wiedergabe einer Bildinformation mit hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit eingesetzt wird, unvermeidlich eine Mehrzahl von Sonden benutzt werden. JP-A-62-281 138 schlägt beispielsweise ein Verfahren zur Erhöhung der Aufzeichnungs-/Wiedergabegeschwindigkeit unter Verwendung einer Mehrzahl von Sonden (einer Multi- Sonde) vor. In diesem Falle ist aus dem gleichen Grunde wie dem oben beschriebenen zu erwarten, daß die Abtastebenen aller Sonden parallel zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums justiert sein müssen. Ein spezielles Verfahren zum Erreichen einer solchen Einstellung ist jedoch bis jetzt nicht vorgeschlagen worden.
• EP-A-0 338 083 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 9. Es ist ein Fein-Aktuator vorgesehen, der eine Bewegung der Sonde in z-Richtung bewirkt, um anhand des Abtastens der Sonde in xy-Ebene einen konstanten Tunnelstrom aufrechtzuerhalten. Ein Grob- Aktuator bewegt die Sonde in z-Richtung, wenn die Spitze der Sonde einen vorbestimmten Abstandsbereich relativ zur Probenoberfläche verläßt, um eine Kollision zwischen der Sonde und der Probe ebenso wie einen zu großen Abstand zwischen diesen zu vermeiden.
• GB-A-2 204 130 beschreibt ein Nivellierungssystem, bei dem der Neigungswinkel eines auszumessenden Objekts bezüglich einer Abtastlinie korrigiert wird. Dies läst nicht die bei einem System zur zweidimensionalen Abtastung einer Probe auftretenden Probleme.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der oben angegebenen Art bereitzustellen, bei denen die Probe so positioniert wird, daß ein im wesentlichen gleichbleibender Abstand zwischen Sonde und Probe während des gesamten Abtastvorgangs aufrechterhalten wird. Dies wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 9 erreicht.
• Die Vorrichtung hat einen Mechanismus zur Steuerung der Parallelstellung von Abtastebenen (xy-Ebenen) der Sonden zu einer Probenoberfläche (x'y'-Ebene) in gräßtmäglichem Maße, um die Genauigkeit der Informationsverarbeitung, insbesondere bei einer Informationsverarbeitungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Sonden bei Informationsverarbeitungsvorrichtungen unter Einsatz der SXM zu verbessern.
• Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1A ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Sonde und einem Aufzeichnungsmedium gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 1B ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bewegung der Sonde bei der ersten Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen einer Position auf dem Aufzeichnungsmedium und einem Steuerungsbetrag in vertikaler Richtung der Sondenelektrode bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Positionsbeziehung zwischen der Sonde und dem Aufzeichnungsmedium bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Aufzeichnungs- /Wiedergabevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
• Fig. 5A, 5B und 5C sind Darstellungen zur Erläuterung von Verfahren zur Bewegung einer Sonde gemäß einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das die Ausbildung einer Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 7 ist eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Sondeneinheit,
• Fig. 8 ist eine graphische Darstellung einer idealen Signalkurvenform, die eine Änderung der Höhe einer Sondenelektrode darstellt und deren Beobachtung zu erwarten ist, wenn ein HOPG unter Nutzung eines STM beobachtet wird,
• Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der tatsächlich erhaltenen Signalkurvenform einer Höhenänderung der Sondenelektrode,
• Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die die zeitliche Änderung eines Steuerspannungssignals für die Abtastbewegung der Sondenelektrode und eines Verschiebungssignals der Sondenelektrode in z-Richtung zeigt, wenn die Sondenelektrode hin und her abtastend auf dem HOPG bewegt wird,
• Fig. 11A bis 11C sind Darstellungen zur Erläuterung von Einstellvorgängen bezüglich der Informationen von Multi-Sondenelektroden bzw. eines Aufzeichnungsmediums,
• Fig. 12 ist eine Darstellung eines Beispiels für einen xy-Achsen- Neigungstisch,
• Fig. 13 ist eine graphische Darstellung einer Spannungssignalkurvenform, die einem z-Richtungs- Feinbewegungsmechanismus zugeführt wird und die bei Beobachtung einer Au-Oberfläche mittels einer Informationsverarbeitungsvorrichtung unter Nutzung des STM beobachtet wird,
• Fig. 14 ist eine graphische Darstellung einer Impulsspannungs- Kurvenform, die zur Versetzung einer PI-LB-Schicht in einen EIN-Zustand angelegt wird,
• Fig. 15 ist eine graphische Darstellung einer Impuls-Kurvenform, die zur Umschaltung einer PI-LB-Schicht aus dem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand angelegt wird,
• Fig. 16 ist eine Querschnittsdarstellung einer Multi-Ausleger-Sonde, die bei einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
• Fig. 17A bis 17F sind Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung von Herstellungsschritten einer Auslegereinheit, die bei der Multi- Ausleger-Sonde eingesetzt wird,
• Fig. 18 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, bei der ein Ebenenausrichtungsverfahren für eine Mehrzahl von Sonden gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann,
• Fig. 19 ist eine Draufsicht einer Mehrzahl von Sondenelektroden, die beim Ebenenausrichtungs verfahren der zehnten Ausführungsform eingesetzt wird,
• Fig. 20 ist eine Querschnittsdarstellung eines Neigungsmechanismus,
• Fig. 21A bis 21D sind Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des Ebenenausrichtungsverfahrens,
• Fig. 22 ist eine Darstellung eines Abtastweges einer Sondenelektrode auf einem Aufzeichnungsgebiet,
• Fig. 23 ist eine graphische Darstellung zum Steuerungsbetrag in vertikaler Richtung einer Sondenelektrode,
• Fig. 24 ist eine Draufsicht einer Mehrzahl von Sondenelektroden, die bei einem Ebenenausrichtungsverfahren gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden,
• Fig. 25A und 25B sind Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des Ebenenausrichtungsverfahrens,
• Fig. 26 ist eine Draufsicht einer Mehrzahl von Sondenelektroden, die bei einem Ebenenausrichtungsverfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, und
• Fig. 27 ist eine Draufsicht einer Mehrzahl von Sondenelektroden, die bei einem Ebenenausrichtungsverfahren gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung benutzt werden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
• Fig. 1A und 1B sind Darstellungen zur Erläuterung der Anwendung eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung auf eine Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung in Anwendung eines STM und zeigen einen Zustand, bei dem eine Sondenelektrode 1 abtastend über ein Aufzeichnungsmedium 2 geführt wird. Es ist zu beachten, daß A bis E Punkte auf dem Aufzeichnungsmedium 2 bezeichnen und Information in einem Aufzeichnungsgebiet S aufgezeichnet wird, das von den Punkten B, C, D und E eingeschlossen ist.
• Die Sondenelektrode 1 und das Aufzeichnungsmedium 2 werden dazu gebracht, sich einander bis in ein Tunnelgebiet (einen Abstand in einem Bereich, in dem zwischen der Sondenelektrode und dem Aufzeichnungsmedium ein Tunnelstrom fließen kann) an einem beliebigen Punkt A des Aufzeichnungsmediums 2 anzunähern. Die Sondenelektrode 1 wird zum Punkt B an einer Ecke des Aufzeichnungsgebietes S bewegt, während der vertikale Abstand der Sondenelektrode 1 so gesteuert wird, daß der Wert des Tunnelstromes zwischen der Sondenelektrode und dem Aufzeichnungsmedium konstant ist. Dann wird die Sondenelektrode 1 vom Punkt B zu den Punkten C, D und E längs des äußeren Randes des Aufzeichnungsgebiets S geführt, wobei wiederum die vertikale Position der Sondenelektrode 1 so gesteuert wird, daß der Tunnelstrom konstant gehalten wird.
• Fig. 2 zeigt einen Vertikalsteuerungsbetrag (das heißt, eine Position) der Sondenelektrode 1, wenn die Sondenelektrode 1 längs des äußeren Randes des Aufzeichnungsgebietes S bewegt wird. In Fig. 2 ist der Vertikalsteuerungsbetrag der Sondenelektrode 1 bezüglich des Punktes A in Fig. 1A auf der Ordinate aufgetragen. Vom Punkt A zum Punkt D wird einer Steuerung zur Bewegung der Sondenelektrode 1 in Richtung auf eine Annäherung zum Aufzeichnungsmedium 2 hin vorgenommen. Vom Punkt D zum Punkt B wird eine Steuerung dahingehend ausgeführt, daß die Sondenelektrode 1 zu einem Sich-Entfernen vom Aufzeichnungsmedium 2 veranlaßt wird. In diesem Fall zeigt die Positionsbeziehung zwischen der Sondenelektrode 1 und dem Aufzeichnungsmedium 2, wenn die Sondenelektrode 1 etwa vom Punkt B zum Punkt C geführt wird, am Punkt C eine Abwärtsneigung um einen Abstand δ gegenüber dem Punkt B, wie in Fig. 3 gezeigt. Mit anderen Worten: Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist im oben beschriebenen Fall das Aufzeichnungsmedium 2 bezüglich der Abtastebene der Sondenelektrode derart geneigt, daß der Punkt A der Abtastebene am nächsten liegt, der Punkt B der zweitnächste zur Abtastebene ist, die Punkte C und E die zur Abtastebene drittnächsten sind und der Punkt D von der Abtastebene am weitesten entfernt liegt. Nachdem auf diese Weise die Neigung erfaßt wurde, wird eine Neigungskorrektur ausgeführt und danach das Aufzeichnungsmedium, ausgehend vom Punkt B - wie in Fig. 1A gezeigt - zickzackartig abgetastet, wodurch eine Informationsaufzeichnung/-wiedergabe bewirkt wird.
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, bei der das Verfahren der vorliegenden Erfindung realisiert ist. Eine Wolfram-Sondenelektrode 1, die durch ein elektrolytisches Polierverfahren präpariert wurde, wird durch eine Abtastvorrichtung (xy-Feinbewegungsmechanismus) 3 abtastend bewegt, und ihre Vertikalposition wird durch einen Vertikalbewegungsmechanismus 4 justiert. in einem Aufzeichnungsgebiet S des Aufzeichnungsmediums 2 sind eine durch epitaxiales Aufwachsen einer Au-Schicht auf ein durch Spalten von Glimmer erhaltenes ebenes Substrat 2a gebildete Unterschicht-Elektrode 2b und eine durch stapelweise Bildung von vier Squarillium-bis-6-octylazulen (nachfolgend als SOAZ bezeichnet)-Schichten mittels des Langmuir-Blodgett- Verfahrens erzeugte Aufzeichnungsschicht 2c ausgebildet. Die Vorrichtung umfaßt einen xy-Grobbewegungsmechanismus 5 zum Bewegen des Aufzeichnungsmediums 2 bezüglich der Sondenelektrode 1 in Abtastrichtung und einen Neigungseinstellmechanismus 6 zur Ausführung eines Ebenenausrichtungsvorganges des Aufzeichnungsmediums 2 bezüglich der Sondenelektrode 1. Weiterhin schließt die Vorrichtung eine Schnittstelle 7 zur Verbindung der Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung mit einer übergeordneten Vorrichtung ein. Weiterhin schließt die Vorrichtung eine Steuerschaltung 8 zur zentralen Steuerung des Betriebes der einzelnen Blöcke der Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, eine Schreib-/Leseschaltung 9 zum Schreiben/Lesen von Daten gemäß einem Befehl von der Steuerschaltung 8, eine Spannungsanlegeschaltung 10 zum Anlegen einer Impulsspannung zwischen der Sondenelektrode 1 und dem Aufzeichnungsmedium 2 auf der Basis eines Signais von der Schreib-/Leseschaltung 9 zum Einschreiben von Daten und zum Anlegen einer Lesespannung im Lesebetrieb, eine Stromverstärkerschaltung (einen I/V-Wandler) 11 zur Verstärkung des zwischen der Sondenelektrode 1 und dem Aufzeichnungsmedium 2 fließenden Stroms und zur Bereitstellung des verstärkten Stroms für die Schreib-/Leseschaltung 9 als Leseinformationssignal im Lesebetrieb, eine Positionierschaltung 12 zur Bestimmung der Positionen der Sondenelektrode 1 und des Aufzeichnungsmediums 2 und der Neigung des Neigungseinstellmechanismus 6 auf der Basis der Signale von der Stromverstärkerschaltung 11 und einer (weiter unten beschriebenen) Positionserfassungsschaltung gemäß einem Befehl von beispielsweise der Steuerschaltung 8, eine Servoschaltung 13 zur Servosteuerung der Position der Sondenelektrode 1 und des Aufzeichnungsmediums 2 auf der Basis eines Servosignals von einer Positionierungsschaltung 12, eine Vertikalantriebs- bzw. -ansteuerschaltung 14 zur Ansteuerung des Vertikalbewegungsmechanismus 4 der Sondenelektrode 1 entsprechend einem Signal von der Servoschaltung 13, eine Grobbewegungs-Antriebs- bzw. -Ansteuerschaltung 15 zur Ansteuerung des xy-Grobbewegungsmechanismus 5 für die Sondenelektrode 1 und das Aufzeichnungsmedium 2 entsprechend dem Signal von der Servoschaltung 13, eine Positionserfassungsschaltung 16 zur Erfassung der Relativposition zwischen Sondenelektrode 1 und Aufzeichnungsmedium 2 in den jeweiligen Richtungen und eine Neigungseinstellschaltung 17 zur Ansteuerung des Neigungseinstellmechanismus 6 gemäß einem Ebenenausrichtungssignal von der Positionierungsschaltung 12 ein.
• Nachfolgend wird der Betrieb beschrieben. Der Vertikalbewegungsmechanismus 4 wird bewegt, indem eine Justierspannung von beispielsweise 1 V zwischen die Sondenelektrode 1 und die Unterschicht-Elektrode 2b des Aufzeichnungsmediums 2 unter Nutzung der Spannungsanlegeschaltung 10 aufrechterhalten wird, wodurch die Sondenelektrode 1 zu einer Annäherung an das Aufzeichnungsmedium 2 veranlaßt wird. Dabei wird ein zwischen der Sondenelektrode 1 und dem Aufzeichnungsmedium 2 fließender Tunnelstrom durch die Stromverstärkerschaltung 11 gemessen. Wenn der Tunnelstrom beispielsweise ein nA erreicht, wird der Vertikalbewegungsmechanismus 4 gestoppt. Der xy-Grobbewegungsmechanismus 5 wird in Bewegung gesetzt, wobei die Servoschaltung 13 derart betätigt wird, daß der Tunnelstrom bei 1 nA gehalten wird. Auf diese Weise erreicht die Sondenelektrode 1 eine Ecke des Aufzeichnungsgebiets S. Danach wird die Sondenelektrode 1 durch den xy-Feinbewegungsmechanismus 3 längs des äußeren Randes des Aufzeichnungsgebiets S bewegt, wobei die Servoschaltung 13 in Betrieb gehalten wird, so daß der Tunnelstrom bei 1 nA gehalten wird. Dabei wird eine Neigungsinformation durch die Positionierschaltung 12 auf der Basis des Steuerbetrages des Vertikal-Bewegungsmechanismus 4 der Sondenelektrode 1 erfaßt. Der Neigungseinstellmechanismus 6 wird aufgrund der Neigungsinformation eingestellt. So werden die Abtastebene der Sondenelektrode 1 und die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 2 ausgerichtet, so daß der Tunnelstrom immer 1 nA beträgt, wenn die Sondenelektrode 1 abtastet, während der Vertikal-Bewegungsmechanismus 4 außer Betrieb bleibt. Diese Steuervorgänge werden durch die Steuerschaltung 8, die Positionierungsschaltung 12 o. ä. ausgeführt. Auf diese Weise kann, da die Neigung des Aufzeichnungsmediums 2 durch den Neigungseinstellmechanismus 6 korrigiert und eingestellt wird, die Sondenelektrode 1 auf der Aufzeichnungsschicht 2c auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 2 abtastend geführt werden, ohne daß der Vertikal-Bewegungsmechanismus 4 innerhalb des Abtastbereiches des xy-Feinbewegungsmechanismus 3 angesteuert wird. Dadurch kann die Schreib-/Leseabtastgeschwindigkeit erhöht werden. Es ist zu beachten, daß die Sondenelektrode 1 im Vorgang der ersten Annäherung dazu veranlaßt werden kann, sich dem Aufzeichnungsmedium 2 innerhalb des Aufzeichnungsgebiets S anzunähern.
Zweite bis Vierte Ausführungsform
• Die Fig. 5A bis 5C zeigen andere Ausführungsformen und sind jeweils Darstellungen zur Erläuterung von Verfahren zur Bewegung einer Sondenelektrode 1 auf einem Aufzeichnungsmedium 2. Bei der in Fig. 5A gezeigten Ausführungsform werden die Sondenelektrode 1 und das Aufzeichnungsmedium 2 dazu veranlaßt, sich einander bis zu einem Tunnelbereich an einem Punkt B des Aufzeichnungsmediums 2 zu nähern, und die Sondenelektrode 1 wird dann vom Punkt B des Aufzeichnungsgebiets S der Reihe nach zu den Punkten C, E und D bewegt, während der vertikale Abstand der Sondenelektrode 1 so gesteuert wird, daß ein konstanter Tunnelstrom aufrechterhalten wird. Die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 2 wird dann mit der Abtastebene der Sondenelektrode 1 auf der Basis des Vertikalsteuerbetrages der Sondenelektrode 1 ausgerichtet, und danach wird ein Abtastbetrieb im Aufzeichnungsbereich S ausgeführt. Während dieses Abtastbetriebes bzw. -vorganges wird eine Aufzeichnung oder Wiedergabe ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform kann die Abtastlänge zur Einstellung und damit die Ebenenausrichtungszeit verkürzt werden.
• Bei der in Fig. 5B gezeigten Ausführungsform werden eine Sondenelektrode 1 und ein Aufzeichnungsmedium 2 einander an einem beliebigen Punkt A auf dem Aufzeichnungsmedium 2 bis in einen Tunnelstrom angenähert, und die Sondenelektrode 1 wird so bewegt, daß sie einen gegenüber dem Aufzeichnungsgebiet S größeren Kreis beschreibt, während der vertikale Abstand der Sondenelektrode 1 so gesteuert wird, daß ein konstanter Tunnelstrom aufrechterhalten wird. Die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 2 wird dann mit der Abtastebene der Sondenelektrode 1 auf der Basis des Vertikalsteuerbetrages der Sondenelektrode 1 in diesem Fall in Ausrichtung gebracht, und danach wird die Sondenelektrode 1 vom Punkt A zu einem Punkt B bewegt, während der vertikale Abstand der Sondenelektrode 1 so gesteuert wird, daß ein konstanter Tunnelstrom erhalten wird. Danach wird ein Abtastbetrieb im Aufzeichnungsgebiet ausgeführt, und während des Abtastbetriebes kann eine Aufzeichnung oder Wiedergabe ausgeführt werden.
• Des weiteren werden in der in Fig. 5C gezeigten Ausführungsform eine Sondenelektrode 1 und ein Aufzeichnungsmedium 2 an einem beliebigen Punkt F auf dem Aufzeichnungsmedium 2 einander bis in einen Tunnelbereich angenähert, und die Sondenelektrode 1 wird zu einem Punkt G auf dem äußeren Umfang des Aufzeichnungsgebiets S bewegt, während der vertikale Abstand der Sondenelektrode 1 so gesteuert wird, daß ein konstanter Tunnelstrom erhalten wird. Die Sondenelektrode 1 wird dann vom Punkt G auf einem Kreis längs des äußeren Umfangs des Aufzeichnungsgebiets S bewegt, während der vertikale Abstand der Sondenelektrode 1 derart gesteuert wird, daß ein konstanter Tunnelstrom aufrechterhalten wird. Die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 2 wird auf der Basis des Vertikalsteuerbetrages der Sondenelektrode 1, wenn die Sondenelektrode 1 längs des äußeren Randes des Aufzeichnungsgebiets S bewegt wird, mit der Abtastebene der Sondenelektrode 1 ausgerichtet. Danach wird ein Abtastbetrieb im Aufzeichnungsgebiet S ausgeführt.
• In jeder der obigen Ausführungsformen kann der Vertikalsteuerbetrag beim Abtasten durch die Sondenelektrode 1 verringert werden. Jede dieser Ausführungsformen ist insbesondere für eine Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung geeignet, die das STM benutzt. Die vorliegende Erfindung kann analog auf einen Ebenenausrichtungsvorgang zwischen einer Sonde des STM und einer Probenoberfläche angewandt werden.
• Bei jeder der genannten Ausführungsformen wird bei einem Verfahren zur Erfassung der Neigung eines Trägers, der einem Schreib-/Lese-Informationszugriffmittels einer Sonde unterzogen werden soll, die Neigung der Trägeroberfläche auf der Basis eines durch Abtastung mittels der Sonde erhaltenen Signals erfaßt.
• Gemäß dem oben erläuterten Neigungserfassungsverfahren wird beispielsweise eine Sonde eines STM oder eine Sondenelektrode einer Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung unter Nutzung eines STM abtastend beispielsweise über die äußere Umfangslinie eines Abtastgebietes geführt, und eine Neigungserfassung kann auf der Basis einer Änderung des Tunnelstroms während dieses Vorgangs ausgeführt werden. Im Ergebnis kann ein Ebenenausrichtungsvorgang beispielsweise zwischen einer Sondenabtastebene und einer Probenoberfläche vervollständigt werden, und die Sonde kann innerhalb des Abtastgebietes mit hoher Geschwindigkeit abtastend geführt werden.
• Wenn das obige Verfahren auf eine Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung unter Nutzung des STM angewandt wird, kann eine präzise Ebenenausrichtung zwischen der Abtastebene der Sondenelektrode und der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums erreicht werden, und die Aufzeichnungsinformation kann geschrieben oder gelesen werden, während die Sondenelektrode eine Abtastung nur in Ebenenrichtung ausführt. Im Ergebnis kann die Aufzeichnungs-/Wiedergabegeschwindigkeit gesteigert werden.
• Nachfolgend werden Ausführungen beschrieben, die sich von den obigen Ausführungsformen unterscheiden.
• Um eine Informationsverarbeitungsvorrichtung und ein Informationsverarbeitungsverfahren gemäß einer der nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsformen zu realisieren, weist eine ein SXM einsetzende Informationsverarbeitungsvorrichtung einen xy-Neigungsmechanismus zum Neigen einer Probentischoberfläche auf. Als ein Beispiel des xy-Neigungsmechanismus kann bevorzugt ein xy-Neigungstisch oder ein xy-Winkeltisch verwendet werden. In diesem Fall kann, wenn eine Sonde abtastend auf einer Probe geführt wird, da der Abtastvorgang ein Relativvorgang ist, entweder (1) ein Verfahren, bei dem die Sonde selbst abtastend bewegt werden kann, oder (2) ein Verfahren, bei dem der Probentisch abtastend bewegt werden kann, oder (3) ein Verfahren angewandt werden, bei dem sowohl die Sonde als auch der Probentisch unabhängig abtastend bewegt werden können. Wenn das Verfahren (4) eingesetzt wird, wird die Abtastrichtung der Sonde selbst so eingestellt, daß sie parallel zur Abtastrichtung (xy-Ebene) des Probentischs liegt. Weiterhin weist die Informationsverarbeitungsvorrichtung einen Mechanismus zum abtastenden Führen der Sonde auf einer bzw. über eine Fläche des Aufzeichnungsmediums und zum Erfassen eines Neigungsbetrages zwischen der Abtastebene (xy-Ebene) und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) auf der Basis einer Bewegung der Sonde in einer Richtung senkrecht zur Abtastebene (z-Richtung), eine Einrichtung zum Steuern eines Ansteuer- bzw. Antriebsvorganges des xy-Neigungsmechanismus zur Minimierung des Neigungsbetrages, das heißt eine Amplitudenerfassungsschaltung zur Erfassung der Amplitude einer Signalkomponente mit einer beliebigen räumlichen Frequenz von Signalkomponenten, die einem Oberflächenzustand oder aufgezeichneter Information, die durch abtastendes Führen der Sonde erhalten wird, entspricht, und eine Rückkopplungsschaltung zur Steuerung eines Ansteuer- bzw. Antriebsmechanismus zum Neigen der xy-Ebene derart, daß die Amplitude zur Null gemacht oder so weit wie möglich verringert wird, auf. Darüberhinaus umfaßt die Informationsverarbeitungsvorrichtung einen Mehrzahl von Sonden und einen Abstandseinstellmechanismus, der unabhängig den Abstand zwischen der Mehrzahl von Sonden und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums einstellen kann.
• Bei dem Ebenenausrichtungsverfahren einer unten zu beschreibenden Ausführungsform werden der Ebenenausrichtungsvorgang zwischen der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und einer Mehrzahl von Sondenelektrodenebenen (x"y"-Ebenen) und der Vorgang der Ebenenausrichtung zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und der Abtastebene (xy-Ebene) durch erste und zweite Ebenenausrichtungsmittel ausgeführt. Dadurch kann ein Hochgeschwindigkeitszugriff der Mehrzahl von Sondenelektroden und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) realisiert werden. Spezieller wird eine ausgewählte der Mehrzahl von Sondenelektroden als Sensor für die ersten und zweiten Ebenenausrichtungsmittel benutzt, um den Ebenenausrichtungsvorgang zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und der Mehrzahl von Sondenelektrodenebenen (x"y"-Ebenen) und den Ebenenausrichtungsvorgang zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und der Abtastebene (xy- Ebene) auszuführen. Im Ergebnis dessen können die mehreren Sondenelektrodenebenen (x"y"-Ebenen) parallel zur Abtastebene (xy-Ebene) eingestellt werden. Auf diese Weise kann ein Hochgeschwindigkeitszugriff der Mehrzahl von Sondenelektroden auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums realisiert werden, ohne die Sondenelektroden bei der Informationsverarbeitung auch nur geringfügig in eine Richtung senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums zu bewegen.
• Nachfolgend werden Ausführungsformen beschrieben, die das STM des SXM einsetzen.
Fünfte Ausführungsform
• Nachfolgend wird ein Aufbau zur Erfassung eines Neigungsbetrages zwischen einer Abtastebene (xy-Ebene) und einer Probenoberfläche (x'y'-Ebene) bei einer Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird eine Informationsverarbeitungsvorrichtung unter Nutzung eines STM als Beispiel benutzt.
• Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer ein STM benutztenden Informationsverarbeitungsvorrichtung. In Fig. 6 ist die Anzahl der Sonden zur Vereinfachung ein Minimum, das heißt Zwei. Genauer gesagt, sind Sondeneinheiten 1101 und 1102 vorgesehen. Die Anzahl der Sondeneinheiten kann jedoch selbstverständlich erhöht werden. In jeder Sondeneinheit kann eine Sondenelektrode 101 aus irgendeinem leitfähigen Material gebildet werden, zum Beispiel Au, W, Pt, einer Pt-Ir-Legierung, einer Pt-Rh-Legierung, Pd-beschichtetem Au, Pd- beschichtetem W, Ag, WC, TiC, o. ä. Die Spitze der Sondenelektrode 101 ist vorzugsweise so spitz wie möglich. Bei dieser Ausführungsform wird die Spitze eines W-Stabes mit einem Durchmesser von 1 mm mittels des elektrolytischen Polierverfahrens angespitzt, und danach wird eine 1000 Å dicke Pd-Schicht aufgebracht (abgeschieden). Das Verfahren zur Präparierung der Sondenelektrode 101 ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Ein Aufzeichnungsmedium 102 wird auf einen durch einen Tisch 103 gebildeten Probentisch gelegt, und ein xy- Neigungsmechanismus 104 ist auf dem xy-Tisch 103 vorgesehen. Der xy-Tisch 103 kann durch einen Mikrocomputer 108 über einen xy-Grobbewegungsmechanismus 105 und eine xy-Grobbewegungs-Ansteuerschaltung 106 angetrieben werden. Des weiteren kann der xy-Neigungsmechanismus 104 unter Verwendung einer xy-Neigungsansteuerschaltung 107 gesteuert werden. Es ist zu beachten, daß eine Anzeige 109 mit dem Mikrocomputer 108 verbunden ist.
• In jeder der Sondeneinheiten 1101 und 1102 wird ein xy-Feinbewegungsmechanismus 110 zum abtastenden Führen der Sondenelektrode 101 in der xy-Ebene benutzt, und dieser weist bei der vorliegenden Ausführungsform ein piezoelektrisches Schicht- bzw. Stapelelement auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das piezoelektrische Stapelelement beschränkt, und es können beliebige andere Aktuatoren benutzt werden, solange diese eine Feinbewegung in der Größenordnung von Å ausführen können. Der xy-Feinbewegungsmechanismus 110 wird durch eine xy-Abtaststeuerschaltung 111 gesteuert. Die xy-Ebene als Abtastebene (Abtastrichtungen) der Sondenelektrode 101 und die xy-Ebene des xy-Tischs 103 werden vorab so eingestellt, daß sie zusammenfallen bzw. parallel zueinander sind. Daher fallen auch die xy-Ebenen der Sondeneinheiten 1101 und 1102 zusammen. In Fig. 6 können die Sondenelektroden 101 bei Abtastvorgängen in der xy-Ebene unabhängig gesteuert werden. Alternativ können - wie in Fig. 7 gezeigt - die Sondenelektroden 101 miteinander zur Bewegung in der xy-Ebene verriegelt sein. In diesem Falle werden auch die Abtastrichtungen bzw. Abtastebene der Sondenelektrode 101 und die xy-Ebene des xy-Tisches 103 vorab so justiert, daß sie miteinander zusammenfallen (zueinander parallel sind). In jeder der Sondeneinheiten 1101 und 1102 wird ein z-Feinbewegungsmechanismus 112 zum feinen Bewegen der Sondenelektroden 101 in Richtung der z-Achse benutzt, und dieser weist bei der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls ein piezoelektrisches Stapelelement auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Die z-Feinbewegungsmechanismen 112 sind in Korrespondenz zu den Sondenelektroden 101 erforderlich, und sie werden durch eine Servoschaltung 113 unabhängig positionsgesteuert.
• Ein Vorspannungsanlegeteil 114 wird zum Anlegen einer Vorspannung (die nachfolgend als Spannung VB bezeichnet wird) zwischen die Sondenelektrode 101 und das Aufzeichnungsmedium 102 benutzt. Ein Tunnelstromverstärkungsteil 115 erfaßt und verstärkt einen Tunnelstrom (der nachfolgend als Strom JT bezeichnet wird), der zwischen der Sondenelektrode 101 und dem Aufzeichnungsmedium 102 fließt. Die Höhe der Sondenelektrode 101 (der Abstand zwischen der Sondenelektrode 101 und einer Probe in Richtung der z- Achse) wird so eingestellt, daß der nachzuweisende Strom JT einen geeigneten Wert hat. Eine Impulsquelle 118 wird zum Anlegen einer Spannung für die Aufzeichnung oder zum Löschen von Information benutzt. Wenn die Sondenelektroden 101 abtastend über eine Probe geführt werden, um einen Oberflächenzustand des Aufzeichnungsmediums 102 unter Verwendung des oben erwähnten Mechanismus zu beobachten (zu reproduzieren), können die folgenden beiden Verfahren eingesetzt werden: (1) Ein Verfahren, bei dem die Höhe jeder Sondenelektrode 101 so gesteuert wird, daß ein konstanter Strom JT erfaßt wird, und bei dem eine Änderung der Höhe jeder Sondenelektrode 101 gemessen wird (welches nachfolgend als Konstantstrombetrieb bezeichnet wird), und (2) ein Verfahren, bei dem eine Änderung des Stromes JT gemessen wird, wenn jede Sondenelektrode 101 abtastet, während ihre Höhe auf einem konstanten Wert gehalten wird (welches nachfolgend als Konstanthöhenbetrieb bezeichnet wird). Wenn die Betriebsart (1) ausgewählt ist, werden die Höhen (die nicht immer Absolutwerte sein müssen) der Sondenelektroden 101 durch einen Sondenelektrodenhöhen-Erfassungsteil 116 in Einheiten der Sondeneinheiten erfaßt. Das Höhensignal wird durch einen Kurvenseparator 117 in eine auf einem dreidimensionalen Muster beruhende Höhenkomponente und eine Änderung im Elektronenzustand auf der Probenoberfläche und eine durch die Neigung der Probe erzeugte Komponente separiert. Die letztere Komponente wird zur xy- Neigungsansteuerschaltung 117 rückgekoppelt, und die Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 auf dem Probentisch wird derart korrigiert, daß die Rückkopplungskomponente nahezu Null wird (das heißt, die Amplitude nahezu Null wird). Unten wird beispielartig ein Fall dargestellt, bei dem ein Teil aus hochgradig orientiertem pyrolytischem Graphit (der nachfolgend als HOPG bezeichnet wird) als Aufzeichnungsmedium benutzt und eine Korrektur zur Vereinfachung nur längs einer Achse (der x-Achse) vorgenommen wird.
• Wenn jede Sondenelektrode 101 längs der Richtung der x-Achse auf dem HOPG so abtastet, daß VB = 1 V und JT = 1 nA vorliegen, so sollte das in Fig. 8 gezeigte Ergebnis als Höhenänderung (in Richtung der z-Achse) der Sondenelektrode 101 entsprechend der Anordnung der das HOPG bildenden Kohlenstoffatome erhalten werden. Die Periode der periodischen Struktur in Fig. 8 ist etwa 3 Å oder weniger, obgleich sie nicht immer mit der Gitterkonstanten zusammenfällt, da die Richtung der x-Achse nicht immer parallel zur Kristallorientierung des HOPG verläuft. Die Verschiebung in Höhen-(z-Achsen-)Richtung beträgt einige Å. Das erwähnte Ergebnis wird erhalten, wenn die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 parallel zur x-Achse ist. Wenn jedoch die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 bezüglich der x-Achse geneigt ist, so ist die Verschiebung der Sondenelektrode 101 in Richtung der z-Achse so, wie in Fig. 9 gezeigt, wobei ein zwischen der Oberfläche (x'-Achse) des Aufzeichnungsmediums 102 und der x-Achse definierter Winkel mit 0 bezeichnet ist. Spezieller ist eine durch die Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 bewirkte Höhenänderung einer durch die periodische Atomstruktur verursachten Höhenänderung überlagert. Es ist nicht leicht, in diesem Zustand ein Signal zu verarbeiten. Folglich wird eine Niederfrequenzkomponente (ein durch die Neigung des Aufzeichnungsmediums bewirktes Signal) unter Benutzung eines elektrischen Filters abgeschnitten, um ein auf der periodischen Atomstruktur basierendes Signal zu extrahieren. Wenn das Aufzeichnungsmedium 102 jedoch geneigt ist, ist der Abtastvorgang durch die Sondenelektrode 101 längs der x-Achse um eine Strecke x äquivalent zu einem Abtastvorgang über eine Länge von x' = x/cosθ längs der x'-Achse auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102. Daher wird, wenn die niederfrequente Komponente vom erhaltenen Sondenelektrodenhöhensignal abgetrennt wird, die Information über die Strecke x' in unerwünschter Weise in eine solche über die Strecke x komprimiert. Dadurch wird die Abstandsgenauigkeit verschlechtert, und wenn das Informationsverarbeitungsgebiet größer wird, wird die Differenz zwischen einem realen räumlichen und einem Abtastabstand vergrößert. Weiterhin ist die Gesamtverschiebung der Sondenelektrode 101 in Richtung der z-Achse, die durch die Neigung der Probe an einem Punkt x bewirkt ist, durch z = xtanθ gegeben. Wenn jedoch die Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 groß ist und den z-Feinbewegungsbereich der Sondenelektrode 101 übersteigt, ist es unmöglich, eine kontinuierliche Informationsverarbeitung auszuführen. Um dieses Problem zu lösen, wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Sondenelektrodenhöhensignal (oder ein zur Servoschaltung 113 zurückzuführendes elektrisches Signal zur Konstanthaltung von JT) unter Benutzung des Kurvenseparators 117 in eine Mehrzahl von Frequenzbändern unterteilt, die ein beliebiges Frequenzgebiet einschließen. Aus diesen Frequenzbändern wird eine sich aus der Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 ergebende Frequenz (normalerweise die niedrigste Frequenz) ausgewählt, und die Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 wird unter Benutzung der xy-Neigungsansteuerschaltung 107 derart korrigiert, daß die Amplitude jener Frequenz so nahe bei Null liegt wie möglich. Unter der spezielleren Annahme, daß die Sondenelektrode 101 hin- und hertastend im Konstantstrommodus innerhalb eines vorbestimmten Abschnitts tastet, ist ein Signal für die Abtastbewegung der Sondenelektrode 101 in Fig. 10 gezeigt. Fig. 10 zeigt auch die Verschiebung der Sondenelektrode 101 in z-Richtung in diesem Falle. Die Frequenz einer aus der Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 resultierenden Signal komponente ist mit dem Sondenelektrodenabtastsignal synchronisiert. Die Amplitude dieser Signalkomponente wird als Neigungsinformation erfaßt, und es wird unter Verwendung des Mechanismus 107 eine Korrektur in eine derartige Richtung vorgenommen, daß die Amplitude dieser Signalkomponente sich Null annähert. In Abhängigkeit von der Richtung der Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 kann die Phase um 180º verschoben sein, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 10 dargestellt. Der anfängliche Abtastvorgang muß nur für einen geeigneten Abstand in Korrespondenz zur Größe eines Informationsverarbeitungsgebietes ausgeführt werden, und ein Abtastbetrieb zur Korrektur der Neigung des Aufzeichnungsmediums 2 und ein Rückkopplungsbetrieb zur xy-Neigungsansteuerschaltung 107 kann nach Bedarf mehrere Male ausgeführt werden. Wenn der erwähnte Betrieb auch für die y-Achse durchgeführt wird, können die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und die Sondenelektrodenabtastebene (xy-Ebene) zueinander parallel gemacht werden. Ein im Ergebnis des erwähnten Betriebs erhaltenes Sondenelektroden-Höhenänderungssignal kann in der xy-Ebene eine sehr hohe Positionsgenauigkeit haben.
• Wenn das Aufzeichnungsmedium 102 nach Auswahl des Konstanthöhenbetriebes (2) geneigt ist, ist die Sondenelektrode 101 zu weit vom Aufzeichnungsmedium 102 entfernt, und ein Strom JT kann nicht länger erfaßt werden, oder die Sondenelektrode 101 berührt das Aufzeichnungsmedium 102. Um diese Situation zu vermeiden, wird ein Signal zur Servoschaltung 113 zurückgeführt, so daß der Wert JT in einen vorbestimmten Bereich fallen kann. Die Höhe der Sondenelektrode wird somit auch im Konstanthöhenbetrieb langsam geändert. In diesem Fall kann jedoch die Abmessungsgenauigkeit durch die erwähnte Signalverarbeitung verschlechtert werden. Außerdem muß eine arithmetische Verarbeitung ausgeführt werden, um die Rückkopplungssteuerung zu realisieren. Aus diesem Grund wird die Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit in unerwünschter Weise verringert. Wenn ein Informationsverarbeitungsgebiet groß ist, treten dieselben Probleme wie beim Konstantstrombetrieb (1) auf, das heißt, der Abmessungsfehler erhöht sich, und eine Korrektur jenseits des z-Feinbewegungsbereiches der Sondenelektrode 101 ist unmöglich. Daher wird ein JT-Änderungssignal (normalerweise ein durch Verstärken des unter Benutzen des Tunnelstrom- Verstärkungsteils 115 gewonnenen Änderungssignals erhaltenes Signal), das bei einem Abtastvorgang gewonnen wird, unter Verwendung des Kurvenseparators 117 - ebenso wie in der Betriebsart (1) - in eine Mehrzahl von Frequenzbändern unter Einschluß eines beliebig gewählten Frequenzgebietes unterteilt. Von diesen Frequenzbändern wird eine sich aus der Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 ergebende Frequenz (normalerweise die niedrigste Frequenz) ausgewählt, und die Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 wird unter Benutzung der xy- Neigungsansteuerschaltung 107 so korrigiert, daß die Amplitude bei jeder Frequenz sich so weit als möglich Null annähern kann. Der Anfangs-Abtastbetrieb muß nur für einen geeigneten Abstand in Korrespondenz zur Größe des Informationsverarbeitungsgebietes ausgeführt werden, und der Abtastvorgang zur Korrektur der Neigung des Aufzeichnungsmediums 2 und der Rückkopplungsbetrieb zur xy-Neigungsansteuerschaltung 107 kann bei Bedarf mehrere Male ausgeführt werden. Wenn der erwähnte Betrieb auch für die y-Achse ausgeführt wird, können die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und die Sondenelektrodenabtastebene (xy-Ebene) zueinander parallel sein. Das nach dem oben erwähnten Vorgehen erhaltene JT-Änderungssignai kann in der Ebene des Aufzeichnungsmediums (xy-Ebene) eine sehr hohe Positions-/Abmessungsgenauigkeit haben.
• Wie oben beschrieben, wird ein Signal (Informationswiedergabesignal) entsprechend dem Oberflächenzustand des Aufzeichnungsmediums 102 in beliebige Frequenzen separiert, und die Amplitude der separierten Signalkomponenten muß geprüft werden. Bei diesem Vorgang kann ein Lock-In- Verstärker eingesetzt werden. Spezieller kann der Kurvenseparator 117 einen Lock-In-Verstärker aufweisen. Im Lock-In-Verstärker kann die Amplitude einer Signalkomponente bei einer beliebigen Frequenz des Eingangssignals (in diesem Falle eines dem Oberflächenzustand einer Probe entsprechenden Signals) geprüft werden, und die Amplitude einer Eingangssignalkomponente mit der Frequenz eines Eingangs-Referenzsignals kann geprüft werden. Dadurch wird, wenn ein Sägezahn-(sweep)Signal einer Sonde als Referenzsignal benutzt wird, der Grad der Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 leicht erfaßt werden.
• Nachfolgend wird der xy-Neigungsmechanismus 104 beschrieben. Der xy- Neigungsmechanismus 104 kann einen beliebigen Mechanismus aufweisen, solange er fein und präzise die Neigung einer Probe in zwei Achsen steuern kann. Bevorzugt wird ein xy-Neigungstisch oder ein xy-Goniometer eingesetzt. Der erstgenannte Mechanismus ist ein in drei Punkten gelagerter Tisch, bei dem die Länge zwischen mindestens zwei der drei Unterstützungspunkte (der Abstand zwischen einer Unterstützungsfläche und dem Tisch) variabel ist und die Länge geeignet eingestellt wird, um die Neigung der Tischoberfläche zu verändern. Die Länge zwischen den Unterstützungspunkten kann beispielsweise durch ein mechanisches Verfahren unter Benutzung eines Mikrometerkopfes o. ä. oder unter Nutzung eines piezoelektrischen Elementes geändert werden. Der letztere Mechanismus ist bevorzugt, da hiermit eine feinere Steuerung erzielt werden kann, obwohl der Variationsbereich klein ist. Wenn das Informationsverarbeitungsgebiet sehr groß ist, wird oftmals die Benutzung des erstgenannten Mechanismus zu bevorzugen sein. Weiterhin wird - als ein sehr vorteilhaftes Verfahren - nachdem die Verschiebung des xy-Neigungstisches durch einen Hebel vergrößert wurde, eine Steuerung unter Verwendung eines geeigneten Aktuators ausgeführt. Beim xy-Goniometer werden zwei Goniometer, die einen Tisch neigen und drehen können, so kombiniert, daß der Tisch in zwei Achsenrichtungen geneigt und gedreht werden kann.
• Im Ergebnis des oben genannten Vorgehens hat die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 eine parallele Positionsbeziehung zu den Abtastrichtungen (xy-Richtungen) der Sondenelektrode 101. Die Sondenelektroden 101 in allen Probeneinheiten werden so eingestellt, daß der Strom JT bei einer vorbestimmten Spannung VB einen beliebigen Einstellwert (zum Beispiel 0,1 nA) haben kann. Die Position jeder Sondenelektrode 101 in Richtung der z-Achse wird in diesem Falle als Ursprungspunkt gesetzt. Mit diesem Vorgehen können alle Informationswiedergabesignale, die über die Sondenelektroden 101 erhalten werden, und alle über die Sondenelektroden 101 an das Aufzeichnungsmedium 102 angelegten Impulsspannungssignale zum Aufzeichnen oder Löschen von Information einander gleich werden. Die Abfolge der oben beschriebenen Vorgänge wird nachfolgend kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 11A bis 11C beschrieben. Es sei angenommen, daß es n (n ist eine natürliche Zahl gleich oder größer als 2) Sondeneinheiten 1101, 1102, 1103, 1104,..., 110n gebe. Wie in Fig. 11A gezeigt, sind die Abstände d&sub1;, d&sub2;, d&sub3;, d&sub4;, ..., dn zwischen dem Aufzeichnungsmedium 102 und den Sondenelektroden 101 der jeweiligen Sondeneinheiten 110n infolge der Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 und von Schwankungen der Längen der Sondenelektroden 101 nicht konstant. Von den Sondeneinheiten 110n wird eine beliebige Sondeneinheit (z. B. 1101) abtastend über ein beliebiges Gebiet des Aufzeichnungsmediums 102 geführt, und die Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 wird unter Benutzung des Wiedergabesignals eines Oberflächenzustandes, das währenddessen erhalten wird, korrigiert - wie in Fig. 11B gezeigt -, so daß die Abtastrichtungen (xy-Richtungen) der Sondenelektrode 101 parallel zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 werden können. In diesem Falle ist es bevorzugt, daß der Abtastabstand der Sondenelektrode 101 mit der Größe eines Informationsverarbeitungsgebietes zusammenfällt. Der Abtastabschnitt kann bei Ausführung des erwähnten Neigungskorrekturvorganges schrittweise vergrößert werden. Tatsächlich muß dieses Verfahren oft ausgeführt werden, wenn beispielsweise die Neigung des Aufzeichnungsmediums 102 beträchtlich ist. Schließlich werden - wie in Fig. 11C gezeigt - die Abstände zwischen den Sondenelektroden 101 und dem Aufzeichnungsmedium 102 zeitweilig so eingestellt, daß sie für alle Sondeneinheiten 110n einander gleich sind, und die Positionen in Richtung der z-Achse der Sondenelektroden 101 werden zu diesem Zeitpunkt als Ursprungspunkte gesetzt. Wenn die Positionen der Sondenelektroden 101 in Richtung der z-Achse direkt korrigiert werden, wobei keine Neigungskorrektur des Aufzeichnungsmediums 102 erfolgt, stoßen einige Sondenelektroden 101 in unerwünschter Weise gegen das Aufzeichnungsmedium 102 oder sind von diesem zu weit entfernt, wenn die Sondenelektroden 101 im Aufzeichnungs-, Wiedergabe- oder Löschbetrieb abtasten - mit Ausnahme des Falles, daß das Aufzeichnungsmedium 102 ausnahmsweise nicht geneigt ist. Wenn eine Rückkopplungssteuerung ausgeführt wird, um die erwähnten Probleme zu vermeiden, tritt nicht nur ein Absinken der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit, sondern auch eine Vergrößerung des mit den Positionen in der xy-Ebene zusammenhängenden Fehlers auf, was zu einer Erhöhung der mit der Informationsverarbeitung verbundenen Fehlerrate führt.
• Das Vorgehen bzw. die Betriebsweisen gemäß der vorliegenden Erfindung sind am Beispiel des STM beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf einen Fall effektiv, bei dem Ströme JT an jeweiligen Punkten gemessen werden, sondern auch für eine Informationsverarbeitungsvorrichtung oder ein Informationsverarbeitungsverfahren, bei dem die Rastertunnelspektroskopie (STS) zur Messung von dJT/dVB an den jeweiligen Punkten gemessen wird. Die vorliegende Erfindung kann auch auf Informationsverarbeitungsvorrichtungen oder Informationsverarbeitungsverfahren angewandt werden, bei denen andere SXM unter Verwendung von Sonden- und Probenantriebsmechanismen ähnlich denen des STM eingesetzt werden, beispielsweise bei einem Raster-Atomkraftmikroskop (AFM) zum Messen der zwischen einer Sonde und einer Probe wirkenden atomaren Kraft und zur Ausführung einer Regelung zur Konstanthaltung der Größe der atomaren Kraft zur Gewinnung der Struktur einer Probenoberfläche, beim Raster-Magnetkraftmikroskop (MFM), bei dem eine Sonde im AFM durch eine aus ferromagnetischem Material (wie Fe, Ni, o. ä.) gebildete Sonde oder eine aus anderen Materialien gebildete und mit ferromagnetischem Material bedeckte Sonde ersetzt ist und bei dem eine lokale magnetische Kraft auf eine Probe gemessen wird, beim Raster-Ionenleitfähigkeits-Mikroskop (SICM), bei dem als Sonde eine Mikropipettenelektrode eingesetzt wird, zum Messen einer Probenoberflächenstruktur in einer elektrolytischen Lösung aufgrund einer Änderung der Ionenleitfähigkeit, beim akustischen Rastermikroskop (STUM oder STAM), bei dem eine Sonde durch eine Ultraschallwelle in Schwingung versetzt wird und die in einer Probe erzeugten akustischen Wellen durch Auswertung der Amplitude oder Phase der durch die Probenoberfläche reflektierten und zur Sonde zurückkehrenden Ultraschallwellen gemessen werden, die von der Stärke der durch die Ultraschallwelle in Schwingung versetzten Sonde und der Probenoberfläche wirkenden interatomaren Kraft beeinflußt sind, wodurch die Oberflächenstruktur einer Probe vermessen werden kann, beim optischen Raster- Nahfeldmikroskop (NSOM), das als optische Sonde ein winziges Loch (pin hole) mit einem Durchmesser unterhalb der Wellenlänge des benutzten Lichts nutzt, zum Erfassen von an der Probenoberfläche bei Beleuchtung der Probe durch eine äußere Lichtquelle erzeugtem emaneszentem Licht, um die Oberflächenstruktur der Probe unter Verwendung der Sonde zu erfassen, etc.
• Wenn die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 einmal parallel zur Abtastebene der Sonde eingestellt worden ist, kann verhindert werden, daß die Sonde während des Abtastvorgangs gegen die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 stößt, oder der Korrekturbetrieb hinsichtlich der Position der Sonde in z- Richtung kann vereinfacht werden, was eine Hochgeschwindigkeits-Informationsverarbeitung ermöglicht. Außerdem kann die Genauigkeit der Position der aufgezeichneten Bits stark erhöht und die Aufzeichnung, die Wiedergabe und das Löschen exakt ausgeführt werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das bei diesen Vorrichtungen und Verfahren eingesetzte Aufzeichnungsmedium 102 nicht auf ein spezielles beschränkt. Beispielsweise kann in einer Informationsverarbeitungsvorrichtung und bei einem Informationsverarbeitungsverfahren unter Nutzung des STM ein Aufzeichnungsmedium verwendet werden, bei dem eine dünne Schicht mit elektrischem Gedächtniseffekt, beispielsweise ein aus einer π-Elektronenkonjugierten organischen Verbindung oder einer Chalkogen-Verbindung gebildete Aufzeichnungsschicht, auf ein Ieitfähiges Substrat abgeschieden ist, wie in JP-A-63-1 61 552, JP-A-63-1 61 553, o. ä. beschrieben, als Aufzeichnungsmedium 102 eingesetzt werden. Wenn ein solches Aufzeichnungsmedium verwendet wird, wird eine einen gegebenen Schwellwert übersteigende Spannung zwischen einer Sonde und ein Ieitfähiges Substrat während eines Sonden-abtastvorgangs angelegt, und die Leitfähigkeit der Aufzeichnungsschicht unmittelbar unter der Sonde wird lokal geändert, wodurch die Information aufgezeichnet wird. Der aufgezeichnete Abschnitt kann durch Anlegen einer den gegebenen Schwellwert übersteigenden Spannung gelöscht werden. Mit anderen Worten: Die Leitfähigkeit kann in den Originalzustand zurückgeführt werden. Bei der Wiedergabe der aufgezeichneten Information wird eine Differenz in JT zwischen einem Aufzeichnungsabschnitt und einem Nicht-Aufzeichnungsabschnitt unter Anwendung einer Sondenspannung unterhalb des Schwellwertes zur Veranlassung der erwähnten Aufzeichnung oder eines Löschvorganges unter Abtastung durch die Sonde erfaßt.
• Als Aufzeichnungsmedium 102 kann ein Material verwendet werden, bei dem die Oberfläche bei Anlegung einer einen gegebenen Schwellwert übersteigenden Spannung geschmolzen oder verdampft oder der Oberflächenzustand in einen zurückgezogenen oder vorstehenden Zustand verändert wird, beispielsweise eine dünne Metallschicht aus Au, Bt, o. ä. In jedem Falle ist die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 bevorzugt so eben wie möglich - unter Ausschluß dreidimensionaler Muster, die zur Spurführung künstlich gebildet sind.
• Wenn die Informationsverarbeitung unter Verwendung anderer SXM-Techniken ausgeführt wird, ist es ein bequemer Weg zur elektrischen Ausführung einer Aufzeichnung, das STM zu verwenden oder die Probe zu veranlassen, direkt gegen das Aufzeichnungsmedium 102 zu stoßen, um so eine Aufzeichnung unter Nutzung einer mechanischen Veränderung im Muster auszuführen.
Sechste Ausführungsform
• Ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeexperiment wurde unter Verwendung der Informationsverarbeitungsvorrichtung unter Einsatz des STM gemäß Fig. 6 ausgeführt. Als Sondenelektrode 101 wurde eine durch elektrolytisches Polieren eines Au-Elementes mit einem Durchmesser von 0,3 mm in HCl erhaltene Elektrode verwendet. Als xy-Neigungsmechanismus 104 wurde ein xy-Neigungstisch gemäß Fig. 12 verwendet. In Fig. 12 ist ein Tisch 121 auf einer Bezugsfläche 122 in drei Punkten gelagert. Von diesen Unterstützungs- bzw. Lagerpunkten weisen zwei Punkte 123 und 124 piezoelektrische Elemente auf und können den Abstand zwischen der Referenzfläche 122 und dem Tisch 121 in der Größenordnung von Å ändern. Der verbleibende eine Unterstützungspunkt 125 wird so gebildet, daß ein Punktkontakt zwischen der Referenzfläche 122 gebildet wird, um die freie Bewegung (Neigung) des Tisches bezüglich der Bewegung der piezoelektrischen Elemente nicht zu behindern. Die drei Unterstützungspunkte sind an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks auf der Referenzfläche 122 angeordnet. Außerdem sind der Unterstützungspunkt 125 und einer der die piezoelektrischen Punkte nutzenden Unterstützungspunkte (123) so angeordnet, daß eine zwischen diesen definierte Linie parallel zur x-Achse des xy-Tischs 103 ist.
• Als Aufzeichnungsmedium 102 wurde ein durch Abscheiden (mit einer Substrattemperatur von 450 ºC) einer 5000 Å dicken Au-Schicht auf ein gespaltenes Glimmersubstrat präpariertes Medium verwendet.
• Nachdem das Au-Aufzeichnungsmedium 102 auf den xy-Neigungstisch gebracht wurde, wurde die Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 dem Aufzeichnungsmedium 102 bei einer Spannung VB = 100 mV (Sondenelektrodenvorspannung) angenähert, so daß der Strom JT 0,1 nA wurde. Die Sondenelektrode 101 wurde hin und her abtastend in Richtung der x-Achse über eine Länge von 500 µm bei einer Sweep-Frequenz von 10 Hz abtastend geführt, während die Höhe der Sondenelektrode 101 unter Verwendung der Servoschaltung 113 so gesteuert wurde, daß ein konstanter JT erhalten wurde. Fig. 13 zeigt eine Spannungssignal-Kurvenform, die an den z-Feinbewegungsmechanismus 112 über die Servoschaltung 113 während dieser Zeit angelegt wurde. Dieses Signal wurde in Komponenten mit einer Frequenz gleich oder kleiner als 10 Hz und Komponenten mit einer Frequenz oberhalb von 10 Hz durch den Lock-In- Verstärker 117 separiert. Die Höhe des Unterstützungspunktes 123 wurde so eingestellt, daß die Signalkomponenten mit einer Frequenz gleich oder unterhalb von 10 Hz nahezu Null wurden, während die Sweep-Ansteuerung der Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 fortgesetzt wurde.
• Analog wurde die Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 mit einer Sweep-Frequenz von 10 Hz in Richtung der y-Achse gefahren. Die Höhe des Unterstützungspunktes 123 wurde so eingestellt, daß die Frequenzkomponenten gleich oder unterhalb von 10 Hz eines zu dieser Zeit an den z-Feinbewegungsmechanismus 112 angelegten Spannungssignals nahezu Null wurden.
• Die Abstände zwischen dem Aufzeichnungsmedium 102 und den ondenelektroden 101 beider Sondeneinheiten 1101 und 1102 wurden durch den z-Feinbewegungsmechanismus 112 so gesteuert, daß sich VB = 100 mV und JT = 0,1 nA ergab, und die Positionen der Sondenelektroden 101 in Richtung der z-Achse zu dieser Zeit wurden als Ursprungspunkte gewählt. Nach den erwähnten Vorgängen wurde eine Spannung von + 0,4 V bei einer Impulsbreite von 300 ns durch die Impulsquelle 118 in beliebiger Position (die nachfolgend als Punkt A bezeichnet wird) auf dem Aufzeichnungsmedium 102 angelegt, während die Höhe der Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 konstant gehalten wurde. Danach wurde, wenn ein quadratisches Gebiet mit 300 Å Kantenlänge mit dem Spannungsanlegungspunkt als Mittelpunkt im Konstantstrombetrieb beobachtet wurde, bestätigt, daß eine Projektion mit einem Durchmesser von 100 Å und einer Höhe von 20 Å gebildet wurde, und die Aufzeichnung war erfolgreich. Als nächstes wurde eine Information mittels des oben beschriebenen Verfahrens über einer Position (die nachfolgend als Punkt B bezeichnet wird) aufgezeichnet, die 50 µm vom Punkt A in x-Richtung entfernt war. Danach wurde mittels desselben Verfahrens wie oben beschrieben an einem wiederum um 50 µm in y-Richtung vom Punkt B entfernten Punkt C und an einem um - 50 µm in x-Richtung vqm Punkt C entfernten Punkt D eine Bestätigung vorgenommen, daß die Aufzeichnung befriedigend ausgeführt werden konnte. Wenn die Sondenelektrode 101 zu einem um - 50 µm vom Punkt D in y-Richtung entfernten Punkt bewegt wurde, wurde bestätigt, daß die Aufzeichnung bereits in dieser Position ausgeführt worden war. Spezieller wurde die Sondenelektrode 101 korrekt zum Ursprungspunkt A zurückgeführt, und es wurde gezeigt, daß die Abmessungsgenauigkeit bei der Positionssteuerung sehr hoch war. Weiterhin wurde, wenn das Experiment unter Verwendung der Sondeneinheit 1102 ausgeführt wurde, ebenfalls bestätigt, daß eine Aufzeichnung/Wiedergabe mit ausgezeichneter Positionssteuerung ausgeführt werden konnte, ebenso wie im Falle der Benutzung der Sondeneinheit 1101. Wenn die Information durch gleichzeitige Benutzung der Sondeneinheiten 1101 und 1102 aufgezeichnet/wiedergegeben wurde, erwies sich, daß die Dimensionsgenauigkeit bei der Positionssteuerung ebenso hoch wie in dem Falle war, wo beide Einheiten unabhängig benutzt wurden.
Siebte Ausführungsform
• Ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeexperiment wurde unter Nutzung der Informationsverarbeitungsvorrichtung unter Einsatz des STM gemäß Fig. 6 wie bei der sechsten Ausführungsform ausgeführt. Die Unterschiede gegenüber der sechsten Ausführungsform werden unten beschrieben. Als Sondenelektrode 101 wurde eine durch elektrolytisches Polieren eines W-Elementes mit einem Durchmesser von 0,3 mm und anschließende Abscheidung einer 1000 Å dicken Pd- Schicht auf das polierte Element präparierte Elektrode benutzt.
• Als Aufzeichnungsmedium 102 wurde ein durch sechsfaches Stapeln eines Polyimid-(nachfolgend als Pl bezeichnet)-Langmuir-Blodgett-(nachfolgend als LB bezeichnet)-Films auf ein durch epitaxiale Abscheidung einer 2500 Å dicken Au- Schicht auf ein gespaltenes Glimmersubstrat (bei einer Substrattemperatur von 450 ºC) erhaltene Elektrode präpariertes Medium benutzt. Ein Verfahren zur Präparation der PI-LB-Schicht wird unten beschrieben.
• Nachdem Polyaminsäure gemäß der Formel (1) (mit einer Monomer- Umwandlungskonzentration = 1 x 10&supmin;³ M) in einem N,N-dimethylacetoamid- Lösungsmittel aufgelöst wurde, wurde die erhaltene Lösung in einem Verhältnis von 1:2 (v:v) mit einer N,N-dimethyloctadecylamin-Lösung (1 x 10&supmin;³ M), die separat unter Nutzung desselben Lösungsmittels wie oben präpariert wurde, gemischt, wodurch eine durch die Formel (2) wiedergegebene Polyaminsäure- Octadecylamin-Salzlösung (nachfolgend als PAAD bezeichnet) präpariert wurde. Die PAAD-Lösung wurde auf einer Wasserphase aus reinem Wasser bei einer Wassertemperatur von 20 ºC entwickelt, um das Lösungsmittel durch Verdunstung zu entfernen. Danach wurde der Oberflächendruck auf 25 mN/m erhöht, um auf der Wasseroberfläche einen monomolekularen PAAD-Film (eine Monoschicht) auszubilden. Das erwähnte Au-Substrat wurde langsam mit einer die Wasseroberfläche kreuzenden Richtung und bei einer Geschwindigkeit von 5 mm/min eingetaucht und dann langsam mit derselben Geschwindigkeit weitergezogen, wodurch ein zweischichtiger PAAD-LB-Fiim erzeugt wurde. Im weiteren wurde dieses Vorgehen wiederholt, um einen sechsschichtigen PAAD-LB-Film zu erhalten.
• Das epitaxiale Au-Substrat, auf das die sechsschichtige PAAD-LB-Schicht aufgestapelt wurde, wurde einer Wärmebehandlung bei 300 ºC für zehn Minuten unterzogen, um das PAAD in ein Polyimid umzuwandeln, wodurch eine sechsschichtige PI-LB-Schicht gemäß Formel (3) erhalten wurde. Ein Aufzeichnungs-/ Wiedergabeexperiment wurde unter Benutzung des gemäß obigen präparierten Aufzeichnungsmediums 102 ausgeführt.
• Nachdem das durch Aufstapeln des sechsschichtigen PI-LB-Films auf das epitaxiale Au-Substrat präparierte Aufzeichnungsmedium 102 auf den xy-Tisch 103 gebracht worden war, wurde die Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 dem Aufzeichnungsmedium 102 unter Benutzung des z-Feinbewegungsmechanismus 112 bei einer Spannung VB = 300 mV (Sondenelektrodenvorspannung) so angenähert, daß ein Strom JT von 0,1 nA erhalten wurde. Die Sondenelektrode 101 wurde hin und her abtastend in Richtung x-Achse über eine Länge von 500 µm bei einer Sweep-Frequenz von 10 Hz abtastend geführt, während die Höhe der Sondenelektrode 101 unter Einsatz der Servoschaltung 113 so gesteuert wurde, daß ein konstantes JT erhalten wurde (das heißt, der Konstantstrombetrieb ausgeführt wurde). Die zu dieser Zeit an den z-Feinbewegungsmechanismus 112 über die Servoschaltung 113 angelegte Spannungssignal-Kurvenform war dieselbe wie die in Fig. 13 gezeigte. Dieses Signal wurde in Komponenten mit einer Frequenz gleich oder niedriger als 10 Hz und Komponenten mit einer Frequenz oberhalb von 10 Hz durch den Lock-In- Verstärker 117 separiert. Die Höhe des Unterstützungspunktes 123 wurde so eingestellt, daß die Signalkomponenten mit einer Frequenz gleich oder kleiner als 10 Hz nahezu Null wurden, während der Sweep- bzw. Abfahrbetrieb der Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 fortgesetzt wurde.
• Analog wurde die Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 mit einer Sweep-Frequenz von 10 Hz in Richtung der y-Achse gefahren. Die Höhe des Unterstützungspunktes 124 wurde so eingestellt, daß die Frequenzkomponenten gleich oder kleiner als 10 Hz eines an den z-Feinbewegungsmechanismus 112 angelegten Spannungssignals zu dieser Zeit annähernd Null wurden.
• Die Abstände zwischen dem Aufzeichnungsmedium 102 und der Sondenelektrode 101 beider Sondeneinheiten 1101 und 1102 wurden durch den z- Feinbewegungsmechanismus 112 so gesteuert, daß sich VB = 300 mV und JT = 0,1 nA ergaben, und die Positionen in z-Achsen-Richtung der Sondenelektroden zu diesem Zeitpunkt wurden als Ursprungspunkte gesetzt. Nach dem erwähnten Vorgehen wurde eine in Fig. 14 gezeigte Impulsspannung von der Impulsquelle 118 in einer beliebigen (nachfolgend als Punkt A bezeichneten) Position auf dem Aufzeichnungsmedium 102 angelegt, während die Höhe der Sondenelektrode 101 der Sondeneinheit 1101 konstant gehalten wurde. Danach wurde, wenn ein Gebiet von 300 Å im Quadrat mit dem Spannungsanlegungspunkt als Mittelpunkt beim Konstanthöhenbetrieb beobachtet wurde, JT = 3 nA über ein Gebiet mit 50 Å Durchmesser mit dem Impulsanlegungsgebiet als Mittelpunkt bei diesem Betrieb erhalten. So wurde gezeigt, daß der PI-LB-Film aus einem Zustand hohen Widerstandes mit JT = 0,1 nA (der als AUS-Zustand bezeichnet wird) in einen Zustand niedrigen Widerstandes (der als EIN-Zustand bezeichnet wird) überging und eine Aufzeichnung ausgeführt wurde. Als nächstes wurde durch dasselbe Verfahren in einer (nachfolgend als Punkt B bezeichneten) Position, die vom Punkt A um 50 µm in x-Richtung beabstandet war, eine Information aufgezeichnet. Danach wurde durch dasselbe Verfahren wie oben beschrieben, wiederum im Punkt C, der 50 µm in y-Richtung vom Punkt B entfernt war, eine Bestätigung vorgenommen, und in einem Punkt D, der um - 50 µm in x-Richtung vom Punkt C entfernt war, konnte die Aufzeichnung befriedigend vorgenommen werden. Wenn die Sondenelektrode 101 in eine Position bewegt wurde, die vom Punkt D um - 50 µm in y-Richtung entfernt war, wurde bestätigt, daß in jener Position bereits eine Aufzeichnung erfolgt (der EIN- Zustand eingetreten) war. Genauer gesagt, wurde die Sondenelektrode 101 korrekt zum Ursprungspunkt A zurückgeführt, und es wurde gezeigt, daß die Dimensionsgenauigkeit bei der Positionssteuerung sehr hoch war.
• Wenn dasselbe Experiment unter Nutzung der Sondeneinheit 1102 ausgeführt wurde, wurde auch bestätigt, daß - wie im Falle der Benutzung der Sondeneinheit 1101 - eine Aufzeichnung/Wiedergabe ausgeführt werden konnte, die eine ausgezeichnete Positionssteuerung erlaubte. Wenn durch simultanen Einsatz der Sondeneinheiten 1101 und 1102 eine Information aufgezeichnet/wiedergegeben wurde, wurde gezeigt, daß die Dimensionsgenauigkeit bei der Positionssteuerung in den Fällen sehr hoch war, in denen diese Einheiten unabhängig benutzt wurden.
• Wenn eine in Fig. 15 gezeigte Impulsspannung angelegt wurde, nachdem die Sondenelektrode zum Aufzeichnungspunkt (dem Gebiet des EIN-Zustandes) bewegt worden war, wurde bestätigt, daß die aufgezeichnete Information gelöscht wurde und der entsprechende Bereich in den AUS-Zustand (mit JT = 0,1 nA) übergegangen war.
Achte Ausführungsform
• Es wurde ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeexperiment unter Verfolgung derselben Vorgehensweise wie bei der sechsten Ausführungsform ausgeführt, mit der Ausnahme, daß eine in Fig. 16 gezeigte Mehr-Ausleger-Sonde anstelle der Sondeneinheiten 1101 und 1102 der sechsten Ausführungsform benutzt wurde.
• Die Mehr-Ausleger-Sonde wird nachfolgend beschrieben. Auslegereinheiten 131, 132 und 133 sind auf einem Siliciumsubstrat 140 gebildet. Das Siliciumsubstrat 140 kann durch den xy-Feinbewegungsmechanismus 110 in der xy-Ebene abtastend geführt werden. Jede Auslegereinheit weist einen Ausleger 141 und eine am entfernten Ende des Auslegers 141 angeordnete Elektrodenspitze 142 als Sondenelektrode auf. Die Position jeder Elektrodenspitze 142 in Richtung der z-Achse, das heißt der Abstand zwischen der Elektroden spitze 142 und dem Aufzeichnungsmedium 102, kann durch den entsprechenden Ausleger 141 unabhängig gesteuert werden. Der Ausleger 141 ist ein zweiteiliges bzw. -gestaltiges (bimorphes) piezoelektrisches Element mit einer Mehrschichtstruktur aus einer Metallelektrode und einem ZnO-Dielektrikum, das eine Breite von 50 µm und eine Länge von 300 µm hat. Ein Verfahren zur Präparation des Auslegers 141 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 17A bis 17F beschrieben.
• Wie in Fig. 17A gezeigt, wurden 500 nm dicke Siliciumnitridschichten 151 als Isolierschichten auf den Oberflächen eines Siliciumsubstrates 140 durch HF- Sputtern gebildet. Die Bildungsschritte wurden so ausgeführt, wie in den Fig. 17B bis 17E gezeigt. Spezieller wurde ein Öffnungsabschnitt 152 (mit einer Breite von 1 µm) durch einen photolithographischen Prozeß in der Siliciumnitridschicht 151 ausgebildet. Danach wurden aufeinanderfolgend eine Au- Unterschichtelektrode 150 mit einer Cr-Trägerschicht, eine ZnO-Schicht 154 (mit einer Schichtdicke von 1,2 µm), die durch HF-Sputtern gebildet wurde, eine Au- Zn-Zwischenelektrode 155, eine ZnO-Schicht 156 (mit einer Schichtdicke von 1,2 µm), die durch dasselbe Verfahren wie oben beschrieben gebildet wurde, und eine obere Au-Elektrode 157 auf die Siliciumnitridschicht 151 gestapelt. Das gesamte bimorphe Element, das auf die oben beschriebene Weise gebildet wurde, wurde mit einer durch einen mittels eines Sputterverfahrens abgeschiedenen Siliciumnitridfilm gebildeten Schutzfilm 158 bedeckt, wie in Fig. 17F gezeigt. Danach wurde eine Elektrodenspitze 142 mit einem konischen Fortsatz aus abgeschiedenem Au ausgebildet. Nachfolgend wurde das Siliciumsubstrat 140 unter Verwendung einer wäßrigen KOH-Lösung als Ätzmittel anisotrop geätzt, wodurch im Öffnungsabschnitt 152 ein Loch 143 ausgebildet wurde.
• Aufzeichnungs-/Wiedergabevorgänge wurden unter Nutzung der auf obige Weise hergestellten Mehr-Ausleger-Sonde ausgeführt, wobei dieselben Vorgehensweisen wie bei der sechsten Ausführungsform angewandt wurden. Im Ergebnis wurde bestätigt, daß die Dimensionsgenauigkeit bei der Positionssteuerung befriedigend war.
Neunte Ausführungsform
• Es wurde ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeexperiment nach denselben Vorgehensweisen wie bei der sechsten Ausführungsform ausgeführt - mit der Ausnahme, daß als xy-Neigungsmechanismus 104 ein xy-Goniometertisch anstelle des xy- Neigungstisches der siebten Ausführungsform verwendet wurde. Im Ergebnis wurde bestätigt, daß die Dimensionsgenauigkeit bei der Positionssteuerung befriedigend war.
Zehnte Ausführungsform
• Fig. 18 ist eine Darstellung, die am besten das kennzeichnende Merkmal einer Informationsverarbeitungsvorrichtung zeigt, die das Ebenenausrichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung nutzen kann. Die in Fig. 18 gezeigte Vorrichtung enthält eine Mehrzahl von Sondenelektroden 101, die durch mikromechanische Verfahren gebildet wurden, eine Sondenelektrodenbefestigung 162, die zum Anbringen der Mehrzahl von Sondenelektroden an einem Neigungsmechanismus verwendet wird, einen Neigungsmechanismus 163 zur Änderung der Neigung der Mehrzahl von Sondenelektroden und einen z-Fein-/Grobbewegungsmechanismus 164 zum feinen bzw. groben Bewegen der Mehrzahl von Sondenelektroden in z-Richtung. Ein Aufzeichnungsmedium 102 umfaßt ein durch Polieren von Glas erhaltenes Substrat 191, eine Unterschichtelektrode 192, die durch Abschaltung einer Cr-Schicht (Trägerschicht) und einer Au- Schicht auf das Substrat 191 mittels eines Vakuumabscheidungsverfahrens gebildet wird, und eine Graphit(HOPG)-Aufzeichnungsschicht 193. Die Aufzeichnungsschicht 193 ist mittels eines leitfähigen Klebers an der Oberseite der Unterschichtelektrode 192 befestigt. Ein Informationsverarbeitungsgebiet auf der Oberfläche der Aufzeichnungsschicht 193 ist durch Spalten in atomarer Größenordnung eben ausgeführt. Die Vorrichtung enthält weiter einen Neigungsmechanismus 166 zur Änderung des Aufzeichnungsmediums 102 und einen xy- Fein-/Grobbewegungsmechanismus 167 zum feinen/groben Bewegen des Aufzeichnungsmediums 102 in der xy-Ebene. Eine Schnittstelle 168 wird zur Verbindung der Informationsverarbeitungsvorrichtung mit einem externen Gerät benutzt und führt Eingabe-/Ausgabevorgänge des Schreibens/Lesens von Information, Ausgaben von Statusdaten, Eingaben von Steuersignalen und Ausgaben von Adreßsignalen aus. Die Vorrichtung enthält weiter eine Steuerschaltung 180 zur zentralen Steuerung des Betriebs der einzelnen Blöcke der Informationsverarbeitungsvorrichtung, eine Schreib-/Leseschaltung 181 zum Schreiben/Lesen von Schreib-/Leseinformation (Daten) auf einen Befehl von der Steuerschaltung 180 hin, eine Vorspannschaltung 182 zum Anlegen einer Schreibimpulsspannung zwischen die Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und das Aufzeichnungsmedium 102 im Ansprechen auf ein Befehlssignal von der Schreib-/Leseschaltung zum Einschreiben von Daten und zum Anlegen einer Lesespannung, eine Tunnelstromerfassungschaltung 183 zur Erfassung eines zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und dem Aufzeichnungsmedium 102 fließenden Tunnelstromes im Aufzeichnungs-/Wiedergabebetrieb, eine Positionierschaltung 184 zur Bestimmung der Positionen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und des Aufzeichnungsmediums 102 auf der Basis eines Signals von der Tunnelstromerfassungsschaltung 183 und einer Positionserfassungsschaltung 188 im Ansprechen auf einen Befehl von der Steuerschaltung 180, eine Servoschaltung 185 für die Servosteuerung der Positionen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und des Aufzeichnungsmediums 102 auf der Basis eines Servosignals von der Positionierschaltung 184, eine z- Ansteuerschaltung 186 zur Ansteuerung des z-Fein-/Grobbewegungsmechanismus 164 für die Mehrzahl von Sondenelektroden 101 entsprechend einem Signal von der Servoschaltung 185, eine xy-Ansteuerschaltung 187 zur Ansteuerung bzw. zum Antrieb des xy-Fein-/Grobbewegungsmechanismus 167 für das Aufzeichnungsmedium 102 entsprechend dem Signal von der Servoschaltung 185, eine Neigungsmechanismus-Ansteuerschaltung 189 zur Ansteuerung bzw. zum Antrieb des Neigungsmechanismus 163 und 166 entsprechend einem Signal von der Servoschaltung 185 und eine Tunnelstromerfassungsschaltung 190, die bei der Annäherung der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 an das Aufzeichnungsmedium 102 dazu benutzt wird, einen über die Sondenelektroden 101 fließenden Tunnel strom zu erfassen. Fig. 18 stellt jeweils eine Steuerschaltung 180, Schreib-/Leseschaltung 181, Vorspannschaltung 182 und Tunnelstromerfassungsschaltung 183 dar. Diese Schaltungen werden jedoch korrespondierend zur Anzahl der Mehrzahl von Sondenelektroden verwendet. Bei dieser Ausführungsform wird eine Sonde vom in Fig. 16 gezeigten Auslegertyp verwendet.
• Fig. 19 ist eine Draufsicht eines Substrates für die Mehrzahl von Sondenelektroden, das bei dieser Ausführungsform benutzt wird. Bei der in Fig. 19 gezeigten Struktur sind in x- und y-Richtung 10 x 20 Sondenelektroden 101, das heißt insgesamt 200 Sondenelektroden 101 vorgesehen. Jede Sondenelektrode 101 ist mit Anschlußleitungen zur Erfassung eines Tunnelstroms von der Elektrodenspitze 142 oder zum Anlegen einer Spannung zur Aufzeichnung eines Aufzeichnungssignals auf der Aufzeichnungsschicht 193 verbunden. Diese Anschluß- bzw. Verdrahtungsleitungen sind mit der Tunnelstromerfassungsschaltung 183 und der Vorspannschaltung 182 verbunden. Die Mehrzahl von Elektroden ist auf einem Substrat 170 ausgebildet. Die Zeilennummern der Sondenelektroden sind im linken Abschnitt (Fig. 19) auf dem Substrat 170 aufgedruckt, und die Spaltencodes sind im oberen Abschnitt (Fig. 19) aufgedruckt. Bei dieser Ausführungsform werden drei Sondenelektroden (die bei (10, A), (1, J) und (20, J) angeordneten und mit Ellipsen bezeichneten) zur Einstellung der Positionen in z-Richtung benutzt.
• Die in Fig. 19 gezeigte Mehrzahl von Sondenelektroden ist an einer in Fig. 20 gezeigten Vorrichtung angebracht. Die Sondenelektroden sind an der Vorrichtung durch Ankleben des Substrates 170 für die Mehrzahl von Sondenelektroden an die Sondenelektrodenbefestigung 162 unter Verwendung eines Klebers befestigt. Verbindungen zwischen den Sondenelektroden 101, den Tunnelstromerfassungsschaltungen 183 und den Vorspannschaltungen 182 werden durch Verbinder hergestellt. Der Neigungsmechanismus 163 ist durch eine Blattfeder 171 zur Fixierung der Sondenelektrodenbefestigung 162, piezoelektrische Stapelelemente 172 bis 174 (Fig. 20 zeigt nicht das piezoelektrische Element 174) und Stahlkugeln 175 zur Konzentration des Gewichts der piezoelektrischen Stapelelemente auf einen Punkt gebildet. Die piezoelektrischen Stapelelemente 172 bis 174 sind so ausgebildet, daß sie sich in Richtung der z-Achse ausdehnen/zusammenziehen. Jeweils ein Ende in Richtung der Ausdehnung/Zusammenziehung jedes piezoelektrischen Elementes ist an der Blattfeder 171 mittels eines Klebers fixiert, und das andere Ende steht in Kontakt mit der Stahlkugel 175. Die drei piezoelektrischen Stapelelemente 172 bis 174 sind jeweils unmittelbar über drei z- Positionseinstell-Sondenelektroden (10, A), (1, J) und (20, J) angeordnet.
• Die Vorrichtung dieser Ausführungsform fixiert die Mehrzahl von Sondenelektroden 101 in der xy-Ebene und führt eine Feinbewegung des Aufzeichnungsmediums 102 in der xy-Ebene aus.
• Bei den folgenden Ausführungsformen ist eine durch einen Punkt des Aufzeichnungsmediums 102 bei der Ansteuerung bzw. dem Antrieb des xy-Fein-/ Grobbewegungsmechanismus 167 aufgespannte Ebene als Abtastebene (xy- Ebene) definiert.
• Das Ebenenausrichtungsverfahren wird nachfolgend detailliert beschrieben.
• Zuerst wird ein Ebenenausrichtungsvorgang zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'- Ebene) ausgeführt.
• Die Mehrzahl von Sondenelektroden 101 ist geneigt an der Sondenelektrodenanbringung 162 befestigt, so daß die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) sich zuerst dem Aufzeichnungsmedium 102 annähert. Eine Spannung von 1 mV wird an die z-Positionseinstell-Sondenelektroden (10, A), (1, J) und (20, J) angelegt, um ihre Ausleger um 1 nm zum Aufzeichnungsmedium 102 hin zu verschieben, und eine Vorspannung von 0,5 V wird zwischen die Sondenelektroden 101 und das Aufzeichnungsmedium 102 angelegt.
• Es wird eine Ebenenkorrektur in der x-Richtung ausgeftihrt.
• Wie in Fig. 21A gezeigt, wird die z-Positionseinstellsonde (10, A) durch den z- Grobbewegungsmechanismus zu einer Position bewegt, in der ein Tunnelstrom von etwa 10 A erfaßt werden kann. Dann wird - wie in Fig. 21B gezeigt, das piezoelektrische Stapelelement 172 zu einer Ausdehnung veranlaßt, so daß die z- Positionseinstell-Sondenelektrode (1, J) bewegt wird, bis diese Elektrode einen Tunnelstrom erfassen kann, der gleich dem durch die z-Positionseinstellsonde (10, A) erfaßten ist. Wenn die an das piezoelektrische Stapelelement 172 anzulegende Spannung auf 100 mV erhöht wird (was einer Verschiebung von etwa 10 nm entspricht), kann die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (1, J) einen Tunnelstrom erfassen, der gleich demjenigen ist, der durch die z-Positionseinstell- Sondenelektrode (10, A) erfaßt wird.
• Dann wird eine Ebenenkorrektur in y-Richtung ausgeführt, wie in Fig. 21 C gezeigt.
• Wie in Fig. 21D gezeigt, wird das piezoelektrische Stapelelement 174 zu einer Ausdehnung veranlaßt, um die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (20, J) zu bewegen, bis diese Elektrode einen Tunnelstrom erfassen kann, der gleich dem durch die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) erfaßten ist. Wenn eine an das piezoelektrische Stapelelement 174 anzulegende Spannung auf 50 mV erhöht wird (was einer Verschiebung von etwa 5 nm entspricht), kann die z- Positionseinstell-Sondenelektrode (20, J) einen Tunnelstrom erfassen, der gleich dem durch die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) erfaßten ist.
• Die an die z-Positionseinstell-Sonden (1, J) und (20, J) angelegte Spannung wird auf 0 V eingestellt, um die Verschiebungen der Ausleger wiederherzustellen.
• Dann wird ein Ebenenausrichtungsvorgang zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (der x'y'-Ebene) und der Abtastebene (xy-Ebene) ausgeführt (Fig. 22).
• An einem beliebigen Punkt A des Aufzeichnungsmediums 102 wird die z- Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 nahe bis zu einem Tunnelgebiet bewegt. Die Sondenelektrode 101 wird zu einem Punkt B an einer Ecke des Aufzeichnungsgebiets S bewegt, während der vertikale Abstand der z-Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) gesteuert wird. Die Sondenelektrode 101 wird längs des äußeren Randes des Aufzeichnungsgebiets S vom Punkt B der Reihe nach zu den Punkten C, D und E geführt, indem das Medium bewegt wird, wobei das konstante Tunnelgebiet beibehalten wird.
• Fig. 23 zeigt einen Vertikalsteuerbetrag der Sondenelektroden 1011 wenn die Sondenelektroden 101 längs des äußeren Randes des Aufzeichnungsgebiets S bewegt werden. In Fig. 23 ist auf der Ordinate der Vertikalsteuerbetrag der Sondenelektroden 101 bezüglich des Punktes A in Fig. 22 aufgetragen. Die Steuerung zur Bewegung der Sondenelektroden 101 in Richtung zum Aufzeichnungsmedium 102 hin erfolgt vom Punkt A zum Punkt D. Die Steuerung zur Bewegung der Elektroden in Richtung vom Aufzeichnungsmedium 102 weg erfolgt vom Punkt D zum Punkt B. Im oben erwähnten Falle ist - wie aus Fig. 23 zu ersehen ist - die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) bezüglich der Abtastebene der Sondenelektrode 101 (xy-Ebene) geneigt, so daß der Punkt A der Abtastebene am nächsten liegt, der Punkt B der der Abtastebene zweitnächste ist, die Punkte C und E die der Abtastebene drittnächsten sind und der Punkt D von der Abtastebene am weitesten entfernt liegt.
• Ausgehend von diesem Ergebnis werden die Neigungen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) und der Mehrzahl der Sondenelektroden 101 geändert, wobei der Zustand der Parallelität zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 beibehalten wird, wodurch der Ebenenausrichtungsvorgang mit der Abtastebene (xy-Ebene) ausgeführt wird. Mit dem erwähnten Vorgehen können die beispielsweise durch die Spitzen der Mehrzahl von Sondenelektroden definierten Ebenen, das heißt die Mehrzahl von Sondenelektrodenebenen (x"y"-Ebenen) die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und die Abtastebene (xy-Ebene) zueinander parallel gemacht werden.
• In diesem Zustand wurde ein Aufzeichnungsexperiment durch Ansteuerung des xy-Feinbewegungsmechanismus und Anlegen einer Dreieckwelle von ± 10 V zwischen eine beliebige Tunnelspitze und die Substratelektrode ausgeführt. In diesem Falle konnte verhindert werden, daß die Spitze das Aufzeichnungsmedium berührt, und es konnte in befriedigender Weise eine Information aufgezeichnet/ wiedergegeben werden.
• Bei dieser Ausführungsform werden, wenn der Ebenenausrichtungsvorgang zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und dem Aufzeichnungsmedium 102 ausgeführt ist, drei Sondenelektroden als z-Positionseinstell-Sondenelektroden benutzt. Alternativ können vier Sondenelektroden an vier Ecken verwendet werden. Außerdem ist die Reihenfolge der Ebenenausrichtungsvorgänge nicht beschränkt. Beispielsweise kann der Ebenenausrichtungsvorgang in x-Richtung ausgeführt werden, nachdem der Ebenenausrichtungsvorgang in y- Richtung beendet ist.
• Wenn die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) mit der Abtastebene (xy-Ebene) ausgerichtet wird, wird die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 als Sensor benutzt. Es kann jedoch eine beliebige Sondenelektrode verwendet werden. Beispielsweise konnten dieselben Ergebnisse wie oben erhalten werden, wenn die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (1, J) als Sensor verwendet wurde.
Elfte Ausführungsform
• Bei der zehnten Ausführungsform wird die Ebenenausrichtung zwischen der Abtastebene (xy-Ebene) und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) ausgeführt, nachdem die Ebenenausrichtung zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) ausgeführt wurde. Bei dieser Ausführungsform wird die Ebenenausrichtung zwischen der Abtastebene (xy-Ebene) und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) ausgeführt, und danach wird die Ebenenausrichtung zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) ausgeführt. Die anderen Vorgänge sind dieselben wie bei der zehnten Ausführungsform.
• Die Ebenenausrichtungsvorgänge werden nachfolgend detailliert beschrieben.
• Die Ebenenausrichtung zwischen der Abtastebene (xy-Ebene) und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) wird ausgeführt.
• Die Mehrzahl der Sondenelektroden 101 ist geneigt an der Sondenelektrodenbefestigung 162 angebracht, so daß sich die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) zuerst dem Aufzeichnungsmedium 102 annähert. Eine Spannung von 1 V wird an die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) angelegt, um ihren Ausleger um 1 nm zum Aufzeichnungsmedium 102 hin zu verschieben, und eine Vorspannung von 0,5 V wird zwischen die Sondenelektroden 101 und das Aufzeichnungsmedium 102 angelegt.
• An einem beliebigen Punkt A auf dem Aufzeichnungsmedium 102 werden die z- Positionseinstell-Sondenelektrode (10, A) und das Aufzeichnungsmedium 102 einander bis in einen Tunnelbereich nahegebracht. Die Sondenelektrode 101 wird zu einem Punkt B an einer Ecke des Aufzeichnungsgebiets S bewegt, während der vertikale Abstand der Sondenelektrode 101 gesteuert wird. Die Sondenelektrode 101 wird längs des äußeren Randes des Aufzeichnungsgebiets S vom Punkt B der Reihe nach zu den Punkten C, D und E bewegt, während das Tunnelgebiet beibehalten wird. Der Mechanismus zur Erfassung und Korrektur der Neigung zwischen der Abtastebene und dem Aufzeichnungsmedium 102 ist derselbe wie der bei der zehnten Ausführungsform.
• Als nächstes wird die Ebenenausrichtung zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und dem Aufzeichnungsmedium 102 ausgeführt.
• Es wird ebenfalls eine Spannung von 1 mV an die z-Positionseinstell-Sondenelektroden (1, J) und (20, J) angelegt, um deren Ausleger um 1 nm zum Aufzeichnungsmedium hin zu verschieben, und eine Vorspannung von 0,5 V wird zwischen die Sondenelektroden 101 und das Aufzeichnungsmedium 102 angelegt.
• Das Ebenenausrichtungsverfahren ist dasselbe wie bei der zehnten Ausführungsform. Mit dem oben beschriebenen Vorgehen können die Mehrzahl von Sondenelektrodenebenen (x"y"-Ebenen), die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (x'y'-Ebene) und die Abtastebene (xy-Ebene) zueinander parallel eingestellt werden.
• In diesem Zustand wurde ein Aufzeichnungsexperiment durch Ansteuerung des xy-Feinbewegungsmechanismus und Anlegen einer Dreieckwelle von ± 10 V zwischen eine beliebige Tunnelspitze und die Substratelektrode ausgeführt. In diesem Fall konnte verhindert werden, daß die Spitze das Aufzeichnungsmedium berührt, und es konnte in befriedigender Weise eine Information aufgezeichnet/ wiedergegeben werden.
Zwölfte Ausführungsform
• Fig. 24 ist eine Draufsicht auf ein Substrat 170 für eine Mehrzahl von Sondenelektroden 101 gemäß dieser Ausführungsform In Fig. 24 sind zehn Sondenelektroden in einer Reihe in x-Richtung angeordnet. Die Mehrzahl von Sondenelektroden 101 ist an der in Fig. 20 gezeigten Vorrichtung angebracht. Der Aufbau der Vorrichtung ist derselbe wie bei der zehnten und elften Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl der piezoelektrischen Stapelelemente zur Korrektur der Neigung der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 jedoch Zwei. Auf die Oberseite (Fig. 24) des Substrates 170 sind Spaltencodes aufgedruckt. Die beiden piezoelektrischen Elemente sind unmittelbar über den beiden z-Positionseinstell-Sondenelektroden (A) und (J) angeordnet.
• Die bei dieser Ausführungsform verwendete Vorrichtung fixiert die Mehrzahl von Sondenelektroden 101 in der xy-Ebene und führt eine Feinbewegung des Aufzeichnungsmediums 102 in der xy-Ebene aus.
• Nachfolgend wird detailliert der Ebenenausrichtungsvorgang beschrieben.
• Zuerst wird die Ebenenausrichtung zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden 101 und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) ausgeführt.
• Die Mehrzahl von Sondenelektroden 101 ist schräg an der Sondenelektrodenanbringung 162 fixiert, so daß sich die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (A) zuerst dem Aufzeichnungsmedium 102 annähert. Eine Spannung von 1 mV wird an die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (A) und (J) angelegt, um ihre Ausleger um 1 nm zum Aufzeichnungsmedium 102 hin zu verschieben, und eine Vorspannung von 0,5 V wird zwischen die Sondenelektroden 101 und das Aufzeichnungsmedium 102 angelegt.
• Wie in Fig. 25A gezeigt, wird die z-Positionseinstell-Sonde (A) durch den z-Grobbewegungsmechanismus in eine Position bewegt, wo sie einen Tunnelstrom von etwa 10&supmin;&sup8; A erfassen kann.
• Dann wird - wie in Fig. 25B gezeigt, das piezoelektrische Stapelelement 172 zu einer Ausdehnung veranlaßt, um die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (J) so weit zu bewegen, bis diese Elektrode einen Tunnelstrom erfaßt, der gleich dem der durch die z-Positionseinstell-Sonde (A) erfaßten ist. Wenn die an das piezoelektrische Stapelelement 172 anzulegende Spannung auf 100 mV erhöht wird (was etwa 10 nm Verschiebung entspricht), kann die z-Positionseinstell- Sondenelektrode (J) einen Tunnelstrom erfassen, der gleich dem durch die z- Positionseinstell-Sondenelektrode (A) erfaßten ist.
• Die an die z-Positionseinstell-Sonde (J) angelegte Spannung wird auf 0 V eingestellt, um die Verschiebung ihres Auslegers wiederherzustellen.
• Die Ebenenausrichtung zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 (x'y'-Ebene) und der Abtastebene (xy-Ebene) wird auf dieselbe Weise wie bei der zehnten Ausführungsform (Fig. 14) ausgeführt. Das Ebenenausrichtungsverfahren ist dasselbe wie bei der zehnten Ausführungsform.
• Nach Beendigung der Ebenenausrichtungsvorgänge wurde ein Aufzeichnungsexperiment durch Ansteuerung des xy-Feinbewegungsmechanismus und Anlegen einer Dreieckspannung von +- 10 V zwischen eine beliebige Tunnelspitze und die Substratelektrode ausgeführt. In diesem Falle konnte verhindert werden, daß die Spitze das Aufzeichnungsmedium berührt, und es konnte in befriedigender Weise eine Information aufgezeichnet/wiedergegeben werden.
• Bei der Ebenenausrichtung zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 102 und der Abtastebene wird die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (A) als Sensor benutzt. Es kann jedoch eine beliebige Sondenelektrode eingesetzt werden. Beispielsweise konnte, wenn die z-Positionseinstell-Sondenelektrode (J) als Sensor benutzt wurde, dasselbe Ergebnis wie oben angeftihrt erreicht werden.
• Auf dem Substrat 170 für die Mehrzahl von Sondenelektroden gemäß Fig. 24 können die Sondenelektroden so ausgerichtet werden, daß die Längsrichtung der Ausleger sich in y-Richtung erstreckt, wie in Fig. 26 gezeigt, oder es können nur die Elektrodenspitzen in einer Reihe ausgerichtet werden, wie in Fig. 27 dargestellt.
• Wie oben beschrieben, können mit der Informationsverarbeitungsvorrichtung und dem Informationsverarbeitungsverfahren von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen die folgenden Wirkungen erwartet werden.
• (1) Bei einer Informationsverarbeitungsvorrichtung und einem Informationsverarbeitungsverfahren, bei denen eine Rastersondenmikroskoptechnik eingesetzt wird und eine Mehrzahl von Sonden als Informationsverarbeitungskopf vorgesehen sind, kann die Informationsverarbeitung (Aufzeichnung, Wiedergabe und Löschen) mit hoher Präzisionsgenauigkeit ausgeführt werden, und die Reproduzierbarkeit der Informationsverarbeitung ist hoch.
• (2) Da die Informationsverarbeitung ausgeführt wird, nachdem die Ebene eines Aufzeichnungsmediums parallel zur Abtastrichtung einer Sonde eingestellt wurde, kann die mit der Positionssteuerung der Sonde in z-Richtung (der Richtung der Normalen auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums) verbundene Regelung vereinfacht werden. Außerdem kann die Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden, da die Zeit für die für die Regelung benötigten arithmetischen Berechnungen verkürzt werden kann.
• Beim Verfahren zur Ebenenausrichtung unter Nutzung dessen Neigungsmechanismus jeder der obigen Ausführungsformen kann, da die Ebenenausrichtung für die Mehrzahl von Sondenelektroden und das Aufzeichnüngsmedium (x'y'-Ebene) bezüglich einer Abtastebene (xy-Ebene) ausgeführt wird, eine Berührung zwischen der Mehrzahl von Sondenelektroden und dem Aufzeichnungsmedium verhindert werden. Dadurch können Schreib- und Lesefehler eliminiert und ein Hochgeschwindigkeits-Abtastbetrieb realisiert werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Aufzeichnung auf ein und zur Wiedergabe von Information von einem Informationsaufzeichnungsmedium durch zweidimensionales Abtasten mittels einer Sonde relativ zu einer Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums unter Nutzung des Prinzips eines Mikroskops vom Sondenabtasttyp, mit den Schritten:

- Erfassen der Information vom Informationsaufzeichnungsmedium mittels der Sonde, wenn das zweidimensionale Abtasten zur Wiedergabe der Information ausgeführt wird, oder

- Einschreiben der Information in das Informationsaufzeichnungsmedium durch die Sonde, wenn die zweidimensionale Abtastung zur Informationsaufzeichnung ausgeführt wird, und

- Erfassung der Neigung der Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums relativ zur Abtastebene der Sonde, gekennzeichnet durch den Schritt

- Einstellen der Neigung des Informationsaufzeichnungsmediums aufgrund des Ergebnisses des Neigungserfassungsschrittes durch Ausrichten der Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums mit der Abtastebene der Sonde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweidimensionale Abtasten durch Abtasten des äußeren Randes eines Gebietes zur Aufzeichnung/Wiedergabe auf dem Informationsaufzeichnungsmedium ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend

- einen Schritt des Anlegens einer Spannung zwischen das Informationsaufzeichnungsmedium und die Sonde, wobei

-- der Informationserfassungsschritt durch Erfassung der Änderung des zwischen der Sonde und dem Informationsaufzeichnungsmedium beim Anlegen der Spannung fließenden Stromes ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Informationserfassungsschritt auf der Grundlage der Höhendaten der Sonde im Randgebiet des Aufzeichnungs-/Wiedergabegebietes relativ zur Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mehrere Sonde verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Neigungserfassungsschritt auf der Grundlage einer niederfrequenten Komponente des im Ergebnis des Informationserfassungsschrittes erhaltenen Nachweissignals ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abtastebene eine Abtastebene der Sonde ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, weiter aufweisend einen Schritt des Einstellens einer durch die entfernten Enden der mehreren Sonden definierten Ebene und der durch die Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums definierten Ebene im wesentlichen parallel zueinander.

9. Vorrichtung zur Aufzeichnung auf ein und zur Wiedergabe von Information von einem Informationsaufzeichnungsmedium durch zweidimensionales Abtasten mittels einer Sonde relativ zu einer Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums unter Nutzung des Prinzips eines Mikroskops vom Sondenabtasttyp, aufweisend:

- eine Einrichtung zum Erfassen der Information vom Informationsaufzeichnungsmedium durch die Sonde, wenn das zweidimensionale Abtasten zur Wiedergabe der Information ausgeführt wird,

- eine Einrichtung zum Einschreiben der Information in das Informationsaufzeichnungsmedium durch die Sonde, wenn das zweidimensionale Abtasten zum Aufzeichnen von Information ausgeführt wird, und

- eine Einrichtung zum Erfassen der Neigung der Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums relativ zu einer Abtastebene der Sonde, gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung zum Einstellen der Neigung des Informationsaufzeichnungsmediums auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Neigungserfassungseinrichtung durch Ausrichten der Oberfläche des Informationsaufzeichnungsmediums mit der Abtastebene der Sonde.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, weiter aufweisend:

- eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen das Informationsaufzeichnungsmedium und die Sonde, wobei

-- die Informationserfassungseinrichtung so ausgebildet ist, daß die Information durch Nachweisen eines beim Anlegen der Spannung zwischen der Sonde und dem Informationsaufzeichnungsmedium fließenden Stromes erfaßt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei mehrere Sonden vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die Neigungserfassungseinrichtung so ausgebildet ist, daß die Neigung auf der Grundlage einer niederfrequenten Komponente des als Ergebnis der Informationserfassungseinrichtung erhaltenen Nachweissignals erfaßt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Abtastebene eine Abtastebene der Sonde ist.