JP2890268B2 - Probe unit, information processing apparatus using the same, and scanning tunnel microscope - Google Patents

Probe unit, information processing apparatus using the same, and scanning tunnel microscope

Info

Publication number
JP2890268B2
JP2890268B2 JP3518791A JP3518791A JP2890268B2 JP 2890268 B2 JP2890268 B2 JP 2890268B2 JP 3518791 A JP3518791 A JP 3518791A JP 3518791 A JP3518791 A JP 3518791A JP 2890268 B2 JP2890268 B2 JP 2890268B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe unit
probe
processing apparatus
information processing
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3518791A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04254930A (en
Inventor
邦裕 酒井
俊光 川瀬
俊彦 宮崎
修 高松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP3518791A priority Critical patent/JP2890268B2/en
Publication of JPH04254930A publication Critical patent/JPH04254930A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2890268B2 publication Critical patent/JP2890268B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
またはその原理を応用した情報の高密度記録,再生,消
去を行う情報処理装置等に用いるトンネル電流検知用の
プローブユニット及びこれを用いた前述装置等に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe unit for detecting a tunnel current used in a scanning tunneling microscope or an information processing apparatus for performing high-density recording, reproduction and erasure of information by applying the principle thereof, and a probe unit using the same. The present invention relates to the device and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観測できる走査型トンネル顕微鏡(以下、ST
Mと略す)が開発され(G.Binning et a
l.,Phys.Rev.Lett.49(1982)
57)、単結晶、非晶質を問わず実空間像を著しく高い
分解能(ナノメートル以下)で測定できるようになっ
た。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as ST) capable of directly observing the electronic structure of surface atoms of a conductor.
M) (G. Binning et a)
l. Phys. Rev .. Lett. 49 (1982)
57), real space images can be measured with remarkably high resolution (not more than nanometers) irrespective of single crystal or amorphous.

【0003】かかるSTMは、金属のプローブ(探針)
と導電性物質の間に電圧を加えて、1nm程度の距離ま
で近づけると、その間にトンネル電流が流れることを利
用している。この電流は両者の距離変化に非常に敏感で
かつ指数関数的に変化するので、トンネル電流を一定に
保つようにプローブを走査することにより実空間の表面
構造を原子オーダーの分解能で観察することができる。
[0003] Such an STM is a metal probe.
When a voltage is applied between the conductive material and the conductive material to approach a distance of about 1 nm, a tunnel current flows during that time. Since this current is very sensitive to the change in distance between them and changes exponentially, it is possible to observe the surface structure in real space with atomic-order resolution by scanning the probe so that the tunnel current is kept constant. it can.

【0004】このSTMを用いた解析は導電性材料に限
られるが、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁膜の
構造解析にも応用され始めている。更に、上述の装置・
手段は微小電流を検知する方法を用いているため、媒体
に損傷を与えず、かつ低電力で観測できる利点をも有す
る。また、大気中での動作も可能であるためSTMの広
範囲な応用が期待されている。
Although the analysis using the STM is limited to conductive materials, it has begun to be applied to the structural analysis of an insulating film formed thinly on the surface of the conductive material. Furthermore, the above-described device
Since the means uses a method for detecting a minute current, there is also an advantage that the medium can be observed with low power without damaging the medium. Further, since operation in the atmosphere is possible, a wide range of applications of STM is expected.

【0005】特に、特開昭63−161552号公報、
特開昭63−161553号公報等に提案されている様
に、高密度な記録再生装置としての実用化が積極的に進
められている。これは、STMと同様のプローブを用い
て、プローブと記録媒体間に印加する電圧を変化させて
記録を行うものであり、記録媒体としては、電圧−電流
特性においてメモリ性のあるスイッチング特性を示す材
料、例えばカルコゲン化物類、π電子系有機化合物の薄
膜層を用いている。一方、再生については、記録を行っ
た領域とそうでない領域のトンネル抵抗の変化により行
っている。この記録方式を用いる記録媒体としては、プ
ローブに印加する電圧により記録媒体の表面形状が変化
するものでも記録再生が可能である。
[0005] In particular, JP-A-63-161552,
As proposed in JP-A-63-161553 and the like, practical application as a high-density recording / reproducing apparatus has been actively promoted. In this method, recording is performed by changing the voltage applied between the probe and the recording medium using a probe similar to the STM, and the recording medium exhibits a switching characteristic having a memory property in a voltage-current characteristic. A thin film layer of a material, for example, a chalcogenide or a π-electron organic compound is used. On the other hand, reproduction is performed based on a change in tunnel resistance between a recorded area and a non-recorded area. As a recording medium using this recording method, recording and reproduction can be performed even if the surface shape of the recording medium changes according to the voltage applied to the probe.

【0006】従来、プローブの形成手法として、半導体
製造プロセス技術を用い、一つの基板上に微細な構造を
作る加工技術(K.E.Peterson,“Sili
con as a Mechanical Mater
ial”,Proceedings of the I
EEE、70巻、420頁、1982年)を利用して構
成したSTMが、特開昭61−206148号公報に提
案されている。これは、単結晶シリコンを基板として、
微細加工により基板面と平行な方向(XY方向)に微動
できる平行バネを形成し、更にその可動部にプローブを
形成したカンチレバー(片持ち梁)構造の舌状部を設
け、該舌状部と底面部との間に電界を与え静電力により
基板平面と直角な方向(Z方向)に変位する様に構成さ
れている。
Conventionally, as a method of forming a probe, a processing technique for forming a fine structure on one substrate using a semiconductor manufacturing process technique (KE Peterson, "Sili"
con as a Mechanical Mater
ial ”, Proceedings of the I
An STM constructed using EEE, vol. 70, p. 420, 1982) has been proposed in JP-A-61-206148. This is based on single crystal silicon
A parallel spring that can finely move in a direction parallel to the substrate surface (XY directions) is formed by micromachining, and a tongue of a cantilever (cantilever) structure having a probe formed on its movable part is provided. It is configured so that an electric field is applied between the substrate and the bottom surface and the surface is displaced in a direction (Z direction) perpendicular to the substrate plane by electrostatic force.

【0007】また、特開昭62−281138号公報に
は、特開昭61−206148号公報に開示されたのと
同様の舌状部をマルチに配列した変換器アレイを備えた
記憶装置が記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-281138 discloses a storage device having a converter array in which tongue-shaped portions are arranged in multiples, similar to that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-206148. Have been.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のカンチレバー構造では振動等の影響を受け易く、精密
な変位制御を再現性良く行うことが極めて難しかった。
そのため、系外部からの振動を除去するための除震機構
が不可欠であり、その結果構造が複雑になり機器全体の
小型化を困難にしていた。
However, the conventional cantilever structure is susceptible to vibration and the like, and it is extremely difficult to perform precise displacement control with good reproducibility.
Therefore, an anti-vibration mechanism for removing vibration from outside the system is indispensable, and as a result, the structure becomes complicated, and it has been difficult to reduce the size of the entire device.

【0009】また、機器外部からの振動のみならず、可
撓部自身が急激な変位をする際に寄生振動等の誘発を起
こし易く、その結果、プローブ/媒体間の位置制御にお
いて、目標値からの大きなずれが生じることも問題点と
なっていた。制御が満足に行われない場合、プローブを
被走査媒体に接触させてしまう事態に至ることがあり、
プローブ及び媒体が損傷を受ける点でも極めて重要な問
題である。
In addition, not only the vibration from the outside of the device, but also the parasitic vibration easily occurs when the flexible portion itself is suddenly displaced. As a result, in the position control between the probe and the medium, the target value is deviated from the target value. Is also a problem. If the control is not performed satisfactorily, the probe may come into contact with the medium to be scanned,
It is also a very important problem that the probe and the medium are damaged.

【0010】かかる寄生振動を起こさないように、急峻
な変位を抑止する具体的手段としては、制御信号の周波
数特性での高域特性を遮断することによって制御の安定
性を確保することが可能であるが、反面、プローブ変位
の応答性を犠牲にしてしまう結果になる。
As a specific means for suppressing the steep displacement so as not to cause such parasitic vibration, it is possible to secure control stability by cutting off the high frequency characteristics in the frequency characteristics of the control signal. However, on the other hand, the response of probe displacement is sacrificed.

【0011】本来、このようなカンチレバーで代表され
る微小駆動機構は、可動範囲が小さい代わりに高速性が
期待されているが、上述の様に振動を制限するために高
速応答の実現が困難であった。
Originally, a minute drive mechanism represented by such a cantilever is expected to have a high speed instead of a small movable range. However, it is difficult to realize a high-speed response because the vibration is limited as described above. there were.

【0012】そこで、本発明の目的は、上述した従来例
の欠点を克服し、高速応答が可能で、かつ外乱の存在下
での目標値追従が安定に行われる、精密な変位制御を可
能とするプローブユニット及びこれを用いた情報処理装
置と走査型トンネル顕微鏡を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to overcome the drawbacks of the conventional example described above, and to enable precise displacement control that enables high-speed response and stably follows a target value in the presence of disturbance. The object of the present invention is to provide a probe unit, a data processing apparatus and a scanning tunnel microscope using the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的は、
以下の構成からなる発明によって達成される。
The above object is achieved by
This is achieved by the invention having the following configuration.

【0014】基板上に形成された梁状の可撓部及び該可
撓部端部にプローブを有するプローブユニットであっ
て、前記プローブを少なくとも基板面と垂直な方向に変
位させる駆動手段、及びその変位に対するダンパー機構
を有するプローブユニット、によって達成される。
A probe unit having a beam-shaped flexible portion formed on a substrate and a probe at an end of the flexible portion, wherein a driving means for displacing the probe at least in a direction perpendicular to the substrate surface; This is achieved by a probe unit having a damper mechanism against displacement.

【0015】ここで、梁状の可撓部とは、可撓部分の一
端が基板上に固定された片端固定の梁構造、即ちカンチ
レバー構造体を示す。そして、かかるカンチレバーには
少なくとも駆動のための機構及び配線、並びにプローブ
に電圧を印加するための配線領域が形成されている。こ
の時、カンチレバーの形状は任意である。
Here, the beam-shaped flexible portion refers to a beam structure having one end fixed at one end of the flexible portion on a substrate, that is, a cantilever structure. The cantilever has at least a driving mechanism and wiring, and a wiring area for applying a voltage to the probe. At this time, the shape of the cantilever is arbitrary.

【0016】また、カンチレバーを変位させる手段とし
ては、一般に圧電効果、静電気力等の手段が知られてい
るが、最大変位量及び駆動電圧に対する変位量の線形性
等から、好ましくは圧電体バイモルフによる変位手段が
用いられる。かかる圧電体バイモルフの製造は公知であ
り、例えば半導体基板の表面にスパッタリング或いは蒸
着とフォトリソグラフ及びエッチング工程の繰り返しに
よりバイモルフ構造を形成した後、上記半導体基板にエ
ッチングを施して、上記バイモルフ構造をカンチレバー
状に支持させるものである。勿論、予め半導体基板上に
カンチレバー構造を形成した後に、マスク蒸着乃至マス
クスパッタリング等の手段によってカンチレバー上に所
望の材料を積層しバイモルフ構造を形成することも可能
である。可撓部の製造方法は本発明を何等制限するもの
ではない。また、ダンパー機構の効果は可撓部の駆動方
法に影響されるものではなく、本発明は駆動方法の選択
性をも制限するものではない。
As means for displacing the cantilever, means such as a piezoelectric effect and an electrostatic force are generally known. However, from the viewpoint of the maximum displacement and the linearity of the displacement with respect to the driving voltage, a piezoelectric bimorph is preferably used. Displacement means is used. The production of such a piezoelectric bimorph is known. For example, a bimorph structure is formed on the surface of a semiconductor substrate by repeating sputtering or vapor deposition, photolithography, and an etching process, and then the semiconductor substrate is etched to change the bimorph structure to a cantilever. It is to be supported in a shape. Of course, after forming the cantilever structure on the semiconductor substrate in advance, it is also possible to form a bimorph structure by laminating a desired material on the cantilever by means such as mask evaporation or mask sputtering. The method of manufacturing the flexible portion does not limit the present invention at all. Further, the effect of the damper mechanism is not affected by the driving method of the flexible portion, and the present invention does not limit the selectivity of the driving method.

【0017】また、上記プローブユニットにおいて、ダ
ンパー機構は、基板上に形成されたカンチレバー下方空
隙部7を他の媒体で塞ぐようにして実現される。すなわ
ち、空隙部内に気体(例えば空気)を充填し、そのダン
ピング作用により、或いは気体がバネとして働くことで
カンチレバーの固有振動数をより高域にシフトする効果
により、カンチレバー3の寄生振動等を抑制するもので
ある。
In the above probe unit, the damper mechanism is realized by closing the cantilever lower gap 7 formed on the substrate with another medium. That is, the cavity is filled with gas (for example, air), and the damping action of the gas or the effect of shifting the natural frequency of the cantilever to a higher range by the gas acting as a spring suppresses the parasitic vibration of the cantilever 3. Is what you do.

【0018】この時、該空隙部7と外部を連通する部分
を狭めることによって、空隙部に気体を閉じ込め、また
速度成分の抵抗増加が図れる。尚、特開平2−2829
45号公報に示される様に、プローブユニット自体を密
閉系中に収めることは容易で、この時、空隙部も含めて
密閉系に空気以外の気体、或いは液体を充填することに
よってダンパー特性を制御することも可能である。
At this time, by narrowing a portion connecting the gap portion 7 to the outside, gas is confined in the gap portion and the resistance of the velocity component can be increased. Incidentally, Japanese Patent Laid-Open No. 2-2829
As shown in Japanese Patent Publication No. 45, it is easy to put the probe unit itself in a closed system, and at this time, the damper characteristics are controlled by filling the closed system including a gap with a gas or liquid other than air. It is also possible.

【0019】従来、プローブユニットが振動等に敏感な
特性を示したのは主として、カンチレバー3が微小サイ
ズで形成されていることに起因するからである。即ち、
実用上梁の長手方向の長さが数10μm〜数100μm
程度であるため、その振動に対するQ値が10〜100
と極めて高い値を有し、外来振動乃至はカンチレバー自
身の挙動によって寄生振動が生じていた。本発明はカン
チレバー部にダンパー機構を設けることによって、本来
不要とされる変位を抑止し、制御性の高いプローブユニ
ットを提供するものである。
Conventionally, the probe unit has exhibited a characteristic sensitive to vibrations and the like mainly because the cantilever 3 is formed in a minute size. That is,
Practically, the length in the longitudinal direction of the beam is several tens μm to several hundred μm.
The Q value for the vibration is 10 to 100
And the parasitic vibration was caused by the external vibration or the behavior of the cantilever itself. An object of the present invention is to provide a probe unit having high controllability by providing a damper mechanism in a cantilever portion, thereby suppressing a displacement which is originally unnecessary.

【0020】更に、空隙部7及びカンチレバーを形成す
る圧電バイモルフ構造の作製には、従来公知の半導体製
造技術を適用することができ、再現性の高い形状、及び
所望の特性を容易に得ることが可能である。
Furthermore, a conventionally known semiconductor manufacturing technique can be applied to the fabrication of the piezoelectric bimorph structure forming the gap 7 and the cantilever, and a shape with high reproducibility and desired characteristics can be easily obtained. It is possible.

【0021】また、媒体と対向させた1個ないし複数個
のプローブを独立に駆動して、媒体への情報の書き込み
及び書き込んだ情報の消去、又は媒体からの情報の読み
出し、又は媒体への情報の書き込み及び読み出し及び消
去を行う各々の情報処理装置において、プローブユニッ
トとして上記のようなダンパー機構を有するものを用い
た情報処理装置とすることによって、上記目的を達成す
ることができる。
Further, one or more probes facing the medium are independently driven to write information on the medium, erase the written information, read information from the medium, or read information from the medium. The above object can be achieved by using an information processing apparatus that has the above-described damper mechanism as a probe unit in each information processing apparatus that performs writing, reading, and erasing of data.

【0022】さらに、試料を対向させた1個ないし複数
個のプローブを独立に駆動して、試料を検査する走査型
トンネル顕微鏡において、プローブユニットとして上記
のようなダンパー機構を有するものを用いた走査型トン
ネル顕微鏡とすることによって、上記目的を達成するこ
とができる。
Further, in a scanning tunneling microscope for inspecting a sample by independently driving one or a plurality of probes facing the sample, scanning using a probe unit having the above-described damper mechanism as a probe unit. The above object can be achieved by using a tunneling microscope.

【0023】[0023]

【実施例】上記プローブユニット及びダンパー機構につ
いて、以下実施例を用いて詳細な説明を行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The probe unit and the damper mechanism will be described in detail below using embodiments.

【0024】実施例1 図面を参照して本実施例を説明する。図1は本実施例の
プローブユニット外観の斜視図である。この該プローブ
ユニットは、金属電極とZnO誘電体を交互に積層した
圧電バイモルフ構造からなる幅100μm、長さ500
μmのカンチレバー3、及びカンチレバー3の自由端に
設けたプローブ電極4から構成される。かかるプローブ
ユニットを用いれば、圧電体に電圧を印加することによ
ってカンチレバー3を基板面と直交する方向(Z方向)
に撓ませ、プローブ位置をZ方向に変位させることがで
きる。更に、カンチレバー3は基板の空隙部7上に形成
されており、本実施例においてはこの空隙部内に大気を
充填するものである。該バイモルフ及びダンパー機構の
形成手順は図2を用いて以下に説明する。
Embodiment 1 This embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the appearance of the probe unit of the present embodiment. The probe unit has a piezoelectric bimorph structure in which metal electrodes and ZnO dielectrics are alternately stacked, and has a width of 100 μm and a length of 500 μm.
It comprises a μm cantilever 3 and a probe electrode 4 provided at a free end of the cantilever 3. If such a probe unit is used, a voltage is applied to the piezoelectric body to move the cantilever 3 in a direction perpendicular to the substrate surface (Z direction).
And the probe position can be displaced in the Z direction. Further, the cantilever 3 is formed on the gap 7 of the substrate, and in this embodiment, the gap is filled with the atmosphere. The procedure for forming the bimorph and damper mechanism will be described below with reference to FIG.

【0025】先ず、シリコン半導体基板1表面に絶縁膜
として膜厚500nmの窒化シリコン膜2を高周波スパ
ッタにより形成した(図2(a))。次にフォトリソ工
程を経て該窒化膜に開口部8(幅1μm)を設けた後、
金属電極と圧電体の積層構造から成る圧電体バイモルフ
を窒化膜上に形成した(図2(b)〜(e))。電極材
料としては、下地電極9にCrを下引きとしたAuを用
い、中間電極10および上部電極11にはAlを用い
た。また、圧電体層12には高周波スパッタによって堆
積したZnO(膜厚1.2μm)を用いた。更に、以上
のようにして作製したバイモルフ素子全体を、スパッタ
法により堆積した窒化シリコン膜から成る保護層13で
被覆した後に、蒸着Auで構成される円錐状の突起を有
するプローブ4の形成を行った。更に、KOH水溶液を
エッチャントとした異方性エッチングを基板下部より行
い、開口部8に空隙部7を設けた(図2(f))。しか
る後に、基板裏面にシリコンウエハからなる被覆板14
を接着し、基板表面から裏面へ貫通した孔の裏面側を塞
ぐことによって、図3に断面概略を示すプローブユニッ
トを得た。尚、所望の空隙部容積を実現する為に、裏面
から接着した被覆板14にはあらかじめ突起部を設け
た。ここで、空隙部7の寸法について述べると、空隙部
容積(V)5×10-133〜2×10-123、開口部面
積(a)1×10-92〜8×10-92、空隙部底面積
(A)5×10-82〜5×10-72である。尚、この
ときのカンチレバーの振動質量は2×10-9kgであ
る。
First, a 500 nm-thick silicon nitride film 2 was formed as an insulating film on the surface of a silicon semiconductor substrate 1 by high frequency sputtering (FIG. 2A). Next, after an opening 8 (1 μm width) is provided in the nitride film through a photolithography process,
A piezoelectric bimorph having a laminated structure of a metal electrode and a piezoelectric body was formed on the nitride film (FIGS. 2B to 2E). As an electrode material, Au was used for the base electrode 9 and Cr was applied to the lower electrode, and Al was used for the intermediate electrode 10 and the upper electrode 11. The piezoelectric layer 12 was made of ZnO (1.2 μm thick) deposited by high frequency sputtering. Further, after covering the entire bimorph element fabricated as described above with a protective layer 13 made of a silicon nitride film deposited by a sputtering method, a probe 4 having a conical projection made of vapor-deposited Au is formed. Was. Further, anisotropic etching using a KOH aqueous solution as an etchant was performed from the lower part of the substrate, and a void 7 was provided in the opening 8 (FIG. 2 (f)). Thereafter, the cover plate 14 made of a silicon wafer is
Was adhered and the back surface side of the hole penetrating from the substrate surface to the back surface was closed to obtain a probe unit having a schematic cross section in FIG. In order to realize a desired void volume, a projection is provided in advance on the cover plate 14 bonded from the back surface. Here, the dimensions of the gap 7 will be described. The gap volume (V) is 5 × 10 −13 m 3 to 2 × 10 −12 m 3 , and the opening area (a) is 1 × 10 −9 m 2 to 8 ×. 10 −9 m 2 , and the void bottom area (A) is 5 × 10 −8 m 2 to 5 × 10 −7 m 2 . The vibration mass of the cantilever at this time is 2 × 10 −9 kg.

【0026】以上のようにして作製したプローブユニッ
トを図4に示す情報の記録、再生及び消去の機能を併有
する情報処理装置に設置し、記録媒体としては特開昭6
3−161552号公報及び特開昭63−161553
号公報に開示されているAu電極上にポリイミドLB膜
(2層膜)を積層したものを用い、記録、再生及び消去
の実験を行った。かかる装置において、17及び18は
Z方向の粗動を行う駆動部及び変位機構部であり、微動
は前記カンチレバーの可撓範囲によって行う。XY方向
の駆動に関しては20が粗動、23が微動機構として働
く。Z方向変位はサーボ制御されており、バイアス電源
25によって試料26とプローブ4間に直流バイアス電
圧を印加し、プローブに流れる電流値と目標値との誤差
信号をマイクロコンピュータ15が計算し、駆動回路2
4によってカンチレバー3の変位を行うものである。か
かる装置においてXY方向にプローブを走査しながら、
バイアス電圧(0.1V)に波高値−6V及び+1.5
Vの連続したパルス波を重畳した電圧を試料/プローブ
間に印加することで電気的な情報の書き込みを行った。
更に、得られるSTM像から記録情報の読み出しを行っ
た結果、記録情報と再生情報が再現性良く一致する事を
確かめた。また、試料上の記録を行った領域にプローブ
が接近した時点で、波高値3Vのパルス電圧をバイアス
電圧に重畳する操作を行ったところ、再生されるSTM
像から記録された情報が消去されたことを確認した。
The probe unit manufactured as described above is installed in an information processing apparatus having the functions of recording, reproducing and erasing information shown in FIG. 4 as a recording medium.
JP-A-3-161552 and JP-A-63-161553
Experiments of recording, reproduction and erasure were performed using a laminate of a polyimide LB film (two-layer film) on an Au electrode disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H11-15095. In such an apparatus, reference numerals 17 and 18 denote a drive section and a displacement mechanism section for performing coarse movement in the Z direction, and fine movement is performed by the flexible range of the cantilever. As for driving in the XY directions, 20 functions as a coarse movement mechanism and 23 functions as a fine movement mechanism. The Z-direction displacement is servo-controlled, a DC bias voltage is applied between the sample 26 and the probe 4 by the bias power supply 25, the microcomputer 15 calculates an error signal between a current value flowing through the probe and a target value, and a driving circuit 2
4, the cantilever 3 is displaced. While scanning the probe in the XY directions in such an apparatus,
Peak value -6V and +1.5 to bias voltage (0.1V)
Electrical information was written by applying a voltage superimposed with a continuous V pulse wave between the sample and the probe.
Furthermore, as a result of reading the recorded information from the obtained STM image, it was confirmed that the recorded information and the reproduced information matched with good reproducibility. When the probe approached the area where recording was performed on the sample, an operation of superimposing a pulse voltage having a peak value of 3 V on the bias voltage was performed.
It was confirmed that the recorded information was erased from the image.

【0027】更に、XY方向への走査を停止させた状態
でトンネル電流が100pA程度流れるまでプローブを
試料に接近させた後、プローブユニットの変位量制御を
行い安定性の検討を行った。具体的には、プローブ位置
(プローブ/試料間距離)のサーボ制御が行われている
状態でトンネル電流目標値を100pAと1nAの間で
周期的に変化させ、かつこの時、予めサーボ系に直列に
挿入した遮断周波数が可変なプログラマブルフィルタ
(ローパスフィルタ、−12dB/oct)の遮断周波
数を変化させ、サーボ系が不安定になる、換言すればト
ンネル電流の実測値が減衰振動ないし発振を起こし始め
る周波数の観察を行った。その結果、遮断周波数が3〜
5KHzに達する領域においても安定な変位制御が可能
であることを確認した。但し、かかる周波数は試料の支
持台まで含めた装置全体の機械的固有振動数(約8〜1
0KHz)による影響を大きく受けており、本実施例の
プローブユニット単体での応答周波数は更に高いと考え
られる。
Further, after stopping the scanning in the X and Y directions, the probe was brought close to the sample until a tunnel current of about 100 pA flowed, and then the displacement of the probe unit was controlled to examine the stability. Specifically, the target value of the tunnel current is periodically changed between 100 pA and 1 nA while the servo control of the probe position (probe / sample distance) is being performed, and at this time, a serial connection is made in advance with the servo system. The cutoff frequency of a programmable filter (low-pass filter, -12 dB / oct) having a variable cutoff frequency is changed, and the servo system becomes unstable. In other words, the measured value of the tunnel current starts to cause damped oscillation or oscillation. An observation of the frequency was made. As a result, the cutoff frequency becomes 3 to
It was confirmed that stable displacement control was possible even in the region reaching 5 KHz. However, such a frequency is the mechanical natural frequency (about 8 to 1) of the entire apparatus including the sample support.
0 KHz), and the response frequency of the probe unit alone in this embodiment is considered to be even higher.

【0028】尚、本実施例ではプローブユニットを情報
処理装置に設置したが、何等変更することなくSTM等
の走査型トンネル電流検知装置用のプローブユニットと
して適用することができる。
In this embodiment, the probe unit is installed in the information processing apparatus. However, the probe unit can be applied as a probe unit for a scanning type tunneling current detecting device such as an STM without any change.

【0029】実施例2 ダンパー機構以外は実施例1と全く同様の製造方法でプ
ローブユニットの作製を行った。但しこの時、KOHに
よる異方性エッチングを基板上部より行い、エッチング
時間を制御することによって裏面まで貫通していない空
隙部7を形成し、図5に断面概略を示すプローブユニッ
トを得た。ここで、空隙部7の深さは12μm、空隙部
容積(V)7×10-133、開口部面積(a)4×10
-92であった。
Example 2 A probe unit was produced in exactly the same manner as in Example 1 except for the damper mechanism. However, at this time, anisotropic etching with KOH was performed from the upper portion of the substrate, and a gap portion 7 not penetrating to the back surface was formed by controlling the etching time, thereby obtaining a probe unit schematically shown in cross section in FIG. Here, the depth of the void 7 is 12 μm, the void volume (V) is 7 × 10 −13 m 3 , and the opening area (a) is 4 × 10
-9 m 2 .

【0030】以上のようにして作製したプローブユニッ
トを用いて実施例1同様、情報処理装置に設置した状態
で変位制御の安定性を検討した。その結果、やはり1〜
5KHzのP周波数帯域においても安定なサーボ制御が
行えることを確かめた。ダンパー機構の形成方法に関し
て、本実施例で示した方法は実施例1と比較して工程の
簡略化が図られているが、ダンパー特性として同程度の
効果が得られたことが分かる。
Using the probe unit manufactured as described above, the stability of displacement control was examined in the same manner as in Example 1 while being installed in the information processing apparatus. As a result,
It has been confirmed that stable servo control can be performed even in the 5 kHz P frequency band. Regarding the method of forming the damper mechanism, the method shown in the present embodiment has simplified the process as compared with the first embodiment, but it can be seen that the same effect was obtained as the damper characteristics.

【0031】比較例 ダンパー機構を持たないプローブユニットを作製し、評
価を行った(図6)。プローブの作製工程は実施例2と
同様であるが、窒化膜開口部の幅を20μmとし、基板
と可撓部との間隙を充分に大きくした結果、ダンパー効
果の著しく小さいプローブユニットを得た。評価は実施
例2と同様、作製したプローブユニットを用いて記録再
生が安定に行えることを確認した後に、サーボ系の目標
値を変化させ制御系の安定性を検討した。
Comparative Example A probe unit having no damper mechanism was manufactured and evaluated (FIG. 6). The probe fabrication process was the same as in Example 2, except that the width of the opening of the nitride film was set to 20 μm and the gap between the substrate and the flexible portion was sufficiently large, so that a probe unit having a significantly small damper effect was obtained. In the evaluation, as in Example 2, after confirming that recording and reproduction could be performed stably using the manufactured probe unit, the stability of the control system was examined by changing the target value of the servo system.

【0032】その結果、トンネル電流目標値を100p
Aと1nAの間で周期的に変化させた場合、系が安定に
動作するためにはローパスフィルタの遮断周波数は10
〜30Hz以下である必要があった。変化させるトンネ
ル電流目標値を100pAと300pAの範囲に限る
と、安定動作が観察される前記遮断周波数を高くするこ
とができるが、100Hz程度でありKHzオーダでの
安定動作は実現しなかった。
As a result, the tunnel current target value is set to 100 p
When the frequency is periodically changed between A and 1 nA, the cut-off frequency of the low-pass filter is 10 in order for the system to operate stably.
Hz30 Hz or less was required. When the target value of the tunnel current to be changed is limited to the range of 100 pA and 300 pA, the cutoff frequency at which the stable operation is observed can be increased, but the stable operation on the order of KHz was not realized because it was about 100 Hz.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、極めて簡便な製造工程
を付加することによって、高速応答が可能で、かつ外乱
の存在下での目標値追従が安定に行われる精密な変位制
御を可能とするプローブユニットを提供することができ
る。また、本発明のプローブユニットは、外来の振動に
対して安定であることから、除震機構の省略ないし簡易
化が図れ、該プローブユニットを設置する機器全体の小
型化に適している。その結果、除震機構の簡便化による
経済的な面での効果も期待される。
According to the present invention, by adding a very simple manufacturing process, high-speed response is possible, and precise displacement control in which the target value is followed stably in the presence of disturbance can be realized. The probe unit can be provided. Further, since the probe unit of the present invention is stable against external vibrations, the vibration elimination mechanism can be omitted or simplified, and the probe unit is suitable for miniaturization of the entire equipment on which the probe unit is installed. As a result, it is expected that the simplified seismic isolation mechanism will have an economic effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例のプローブユニット外観
の斜視図を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a probe unit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】カンチレバーおよびダンパー機構形成の主要工
程を示すプローブユニット断面図を示す。
FIG. 2 is a sectional view of a probe unit showing main steps of forming a cantilever and a damper mechanism.

【図3】本発明の第1の実施例のプローブユニットの断
面概略図を示す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the probe unit according to the first embodiment of the present invention.

【図4】情報処理装置の構成を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of an information processing apparatus.

【図5】本発明の第2の実施例のプローブユニットの断
面概略図を示す。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a probe unit according to a second embodiment of the present invention.

【図6】従来のプローブユニット外観の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a conventional probe unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 窒化シリコン膜 3 カンチレバー 4 プローブ 5 カンチレバー型プローブ 7 空隙部 8 開口部 9 下地電極 10 中間電極 11 上部電極 12 圧電体層 13 保護層 14 被覆板 15 マイクロコンピュータ 16 表示装置 17 Z方向粗動駆動回路 18 Z方向粗動機構 19 XY方向粗動駆動回路 20 XY方向粗動機構 21 XYステージ 22 走査駆動回路 23 XY方向微動走査機構 24 サーボ回路及びプローブ駆動回路 25 バイアス電圧源及びプローブ電流増幅器 26 試料 REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate 2 silicon nitride film 3 cantilever 4 probe 5 cantilever probe 7 void 8 opening 9 base electrode 10 intermediate electrode 11 upper electrode 12 piezoelectric layer 13 protective layer 14 covering plate 15 microcomputer 16 display device 17 coarse in Z direction Dynamic drive circuit 18 Z direction coarse movement mechanism 19 XY direction coarse movement mechanism 20 XY direction coarse movement mechanism 21 XY stage 22 Scan drive circuit 23 XY direction fine movement scan mechanism 24 Servo circuit and probe drive circuit 25 Bias voltage source and probe current amplifier 26 samples

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高松 修 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−78037(JP,A) 特開 平4−143943(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 9/00 G01N 37/00 G11B 9/04 H01J 37/28 G01B 7/34 G01B 21/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Osamu Takamatsu, inventor 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-4-78037 (JP, A) JP-A-4 -143943 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G11B 9/00 G01N 37/00 G11B 9/04 H01J 37/28 G01B 7/34 G01B 21/30

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成された梁状の可撓部及び該
可撓部の自由端側にプローブを有し、かつ前記プローブ
を少なくとも基板面と垂直方向に変位させる駆動手段か
ら構成されるプローブユニットにおいて、前記可撓部が
基板上に形成された空隙部を塞ぐようにして形成されて
おり、該空隙部と外部を連通する部分が狭められている
ことを特徴とするプローブユニット。
1. A system comprising a beam-shaped flexible portion formed on a substrate, a probe on a free end side of the flexible portion, and driving means for displacing the probe at least in a direction perpendicular to the substrate surface. A probe unit according to claim 1, wherein the flexible portion is formed so as to close a gap formed on the substrate, and a portion communicating the gap with the outside is narrowed.
【請求項2】 前記空隙部が気体によって満たされてい
ることを特徴とする請求項1に記載のプローブユニッ
ト。
2. The probe unit according to claim 1, wherein the gap is filled with a gas.
【請求項3】 媒体と対向させた1個ないし複数個のプ
ローブを独立に駆動し、媒体への情報の書き込み及び書
き込んだ情報の消去を行う情報処理装置において、プロ
ーブユニットとして、請求項1又は2に記載のプローブ
ユニットを具備したことを特徴とする情報処理装置。
3. An information processing apparatus for independently driving one or more probes facing a medium to write information on the medium and erasing the written information, wherein the probe unit is used as a probe unit. An information processing apparatus comprising the probe unit according to item 2.
【請求項4】 媒体と対向させた1個ないし複数個のプ
ローブを独立に駆動して媒体からの情報の読み出しを行
う情報処理装置において、プローブユニットとして、請
求項1又は2に記載のプローブユニットを具備したこと
を特徴とする情報処理装置。
4. The probe unit according to claim 1, wherein the information processing apparatus reads one or more information from the medium by independently driving one or more probes facing the medium. An information processing apparatus comprising:
【請求項5】 媒体と対向させた1個ないし複数個のプ
ローブを独立に駆動し媒体への情報の書き込み、読み出
し及び消去を行う情報処理装置において、プローブユニ
ットとして、請求項1又は2に記載のプローブユニット
を具備したことを特徴とする情報処理装置。
5. The information processing apparatus according to claim 1, wherein one or more probes facing the medium are independently driven to write, read, and erase information on the medium. An information processing apparatus comprising: a probe unit.
【請求項6】 試料と対向させた1個ないし複数個のプ
ローブを独立に駆動して、試料を検査する走査型トンネ
ル顕微鏡において、プローブユニットとして、請求項1
又は2に記載のプローブユニットを具備したことを特徴
とする走査型トンネル顕微鏡。
6. A scanning tunneling microscope for inspecting a sample by independently driving one or more probes facing the sample, wherein the probe unit is used as a probe unit.
Or a scanning tunnel microscope provided with the probe unit according to 2.
JP3518791A 1991-02-05 1991-02-05 Probe unit, information processing apparatus using the same, and scanning tunnel microscope Expired - Fee Related JP2890268B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3518791A JP2890268B2 (en) 1991-02-05 1991-02-05 Probe unit, information processing apparatus using the same, and scanning tunnel microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3518791A JP2890268B2 (en) 1991-02-05 1991-02-05 Probe unit, information processing apparatus using the same, and scanning tunnel microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04254930A JPH04254930A (en) 1992-09-10
JP2890268B2 true JP2890268B2 (en) 1999-05-10

Family

ID=12434850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3518791A Expired - Fee Related JP2890268B2 (en) 1991-02-05 1991-02-05 Probe unit, information processing apparatus using the same, and scanning tunnel microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2890268B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101697993B1 (en) 2008-11-13 2017-01-19 브루커 나노, 인코퍼레이션. Method and apparatus of operating a scanning probe microscope
US8650660B2 (en) 2008-11-13 2014-02-11 Bruker Nano, Inc. Method and apparatus of using peak force tapping mode to measure physical properties of a sample
EP3500864A1 (en) 2016-08-22 2019-06-26 Bruker Nano, Inc. Infrared characterization of a sample using peak force tapping

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04254930A (en) 1992-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5276672A (en) Micro-displacement type information detection probe device and scanning tunneling microscope, atomic force microscope, information processing device by use thereof
JP3198355B2 (en) Small displacement element, scanning tunnel microscope using the same, and information processing apparatus
JP3192887B2 (en) Probe, scanning probe microscope using the probe, and recording / reproducing apparatus using the probe
JP2741629B2 (en) Cantilever probe, scanning tunneling microscope and information processing apparatus using the same
CA2069708C (en) Probe-driving mechanism, production thereof, and apparatus and piezoelectric actuator employing the same
JPH05284765A (en) Cantilever type displacement element, cantilever type probe using the same, scan type tunnel microscope using the same probe and information processor
JPH05314549A (en) Recording/reproducing device
US5554851A (en) Parallel plane holding mechanism and apparatus using such a mechanism
US5371728A (en) Information recording/reproducing apparatus using probe
JP2890268B2 (en) Probe unit, information processing apparatus using the same, and scanning tunnel microscope
JPH0721598A (en) Probe unit and information processor using the same
JP3226424B2 (en) Scanning probe microscope, processing apparatus and information processing apparatus using the microscope
JP3234722B2 (en) Arc-shaped warped lever type actuator, method of driving the actuator, and information processing apparatus using information input / output probe
JP3118654B2 (en) Information processing device and scanning tunneling electron microscope
JP3053971B2 (en) Three-dimensional displacement element for generating tunnel current, multi-tip unit using the three-dimensional displacement element for generating tunnel current, and information processing apparatus
JP2934057B2 (en) Probe unit and information recording and / or reproducing apparatus using the same
JPH04143943A (en) Probe unit and recording erasing device, reproducing device and recording and reproducing erasing device with it
JP2995126B2 (en) Information processing device
JPH07110969A (en) Face alignment method, position control mechanism and information processor with the mechanism
JP3023901B2 (en) Information recording / reproducing device
JPH06300513A (en) Probe position control method, scanning tunnelling microscope and record reproducing device
JPH0540968A (en) Recording and/or reproducing device
JPH04330653A (en) Information reproducing device and information recording/reproducing device
JPH0875759A (en) Minute displacement element and device using the element
JPH0552509A (en) Probe unit and its manufacture, information processing device, and scanning tunneling electron miscroscope

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990112

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080226

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090226

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100226

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees