JP2939006B2 - 傾斜測定機構 - Google Patents
傾斜測定機構Info
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- JP2939006B2 JP2939006B2 JP16107291A JP16107291A JP2939006B2 JP 2939006 B2 JP2939006 B2 JP 2939006B2 JP 16107291 A JP16107291 A JP 16107291A JP 16107291 A JP16107291 A JP 16107291A JP 2939006 B2 JP2939006 B2 JP 2939006B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば試料と探針間を
流れるトンネル電流等を利用する装置における傾斜測定
機構に関するものである。
流れるトンネル電流等を利用する装置における傾斜測定
機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、物質表面及び表面近傍の電子構造
を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと
云う）が開発され［G.Binnig et al.,Helvetica Physic
a Acta,55,726(1982)]、単結晶、非結晶を問わず高分解
能で実空間像の観測ができるようになっている。このＳ
ＴＭは試料物質に電流による損傷を殆ど与えずに低電力
で測定できる利点をも有し、更には超高真空中のみなら
ず大気中、溶液中でも動作し、種々の材料に対して適用
できるため広汎な応用が期待されている。
を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと
云う）が開発され［G.Binnig et al.,Helvetica Physic
a Acta,55,726(1982)]、単結晶、非結晶を問わず高分解
能で実空間像の観測ができるようになっている。このＳ
ＴＭは試料物質に電流による損傷を殆ど与えずに低電力
で測定できる利点をも有し、更には超高真空中のみなら
ず大気中、溶液中でも動作し、種々の材料に対して適用
できるため広汎な応用が期待されている。
【０００３】ＳＴＭは金属の探針と導電性試料との間に
電圧を印加して約１ｎｍ程度の距離まで近付けると、ト
ンネル電流が発生する現象を利用している。最近では、
例えば特開昭６３−１６１５５２号公報、同１６１５５
３号公報に開示されるように、このＳＴＭの原理を応用
し超高密度記録・再生を主とした情報処理装置を構成す
る提案が数多くなされている。即ち、ＳＴＭの探針に相
当するプローブ電極により試料に相当する記録媒体上に
物理的変形を与え、又は媒体表面の電子状態を変化させ
て電気抵抗の低い部分を生成して情報を記録し、両者間
を流れるトンネル電流により記録ビットの情報を再生す
る方法を用いれば、分子・原子オーダの高密度で大規模
情報を記録再生できるとされている。
電圧を印加して約１ｎｍ程度の距離まで近付けると、ト
ンネル電流が発生する現象を利用している。最近では、
例えば特開昭６３−１６１５５２号公報、同１６１５５
３号公報に開示されるように、このＳＴＭの原理を応用
し超高密度記録・再生を主とした情報処理装置を構成す
る提案が数多くなされている。即ち、ＳＴＭの探針に相
当するプローブ電極により試料に相当する記録媒体上に
物理的変形を与え、又は媒体表面の電子状態を変化させ
て電気抵抗の低い部分を生成して情報を記録し、両者間
を流れるトンネル電流により記録ビットの情報を再生す
る方法を用いれば、分子・原子オーダの高密度で大規模
情報を記録再生できるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の情報処理装置で
は、探針を試料面に近接して掃引し、トンネル電流の変
化から像情報を得るため、探針の移動範囲内で探針が試
料面と垂直に、つまり探針面が試料面と平行に保持され
る必要があり、特に探針の掃引が広領域に及ぶ場合や、
情報処理速度を向上するために並設した多数の探針を同
時使用する場合には、その平行保持がより厳密に要求さ
れる。
は、探針を試料面に近接して掃引し、トンネル電流の変
化から像情報を得るため、探針の移動範囲内で探針が試
料面と垂直に、つまり探針面が試料面と平行に保持され
る必要があり、特に探針の掃引が広領域に及ぶ場合や、
情報処理速度を向上するために並設した多数の探針を同
時使用する場合には、その平行保持がより厳密に要求さ
れる。
【０００５】本発明の目的は、探針面と試料面との傾斜
角度を検知し、それを平行にするように補正して探針を
試料の接近させることを可能にする傾斜測定機構を提供
することにある。
角度を検知し、それを平行にするように補正して探針を
試料の接近させることを可能にする傾斜測定機構を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る傾斜測定機構は、試料から情報を検出
するプローブと、該試料面内で前記プローブを１個所で
振動させる探針振動手段と、前記探針振動手段によって
前記プローブを振動しながら前記プローブで検出した信
号から前記プローブと試料面との傾斜角度を算出する傾
斜角度算出回路とを有することを特徴とするものであ
る。
めの本発明に係る傾斜測定機構は、試料から情報を検出
するプローブと、該試料面内で前記プローブを１個所で
振動させる探針振動手段と、前記探針振動手段によって
前記プローブを振動しながら前記プローブで検出した信
号から前記プローブと試料面との傾斜角度を算出する傾
斜角度算出回路とを有することを特徴とするものであ
る。
【０００７】
【実施例】本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明による探針接近機構をＳＴＭに適用
した第１の実施例の構成図を示し、固定基台１上に載置
された試料２の上方には、探針３が試料２に対向して設
けられており、試料２及び探針３には電圧制御装置４、
電流検出回路５が接続され、探針３には後述する探針微
駆動部６、ステッピングモータにより構成されて広範囲
動作を行う探針粗駆動部７が接続されている。一方、装
置全体の制御のためにシーケンス制御回路８が設けら
れ、電流検出回路５の出力はシーケンス制御回路８に接
続され、シーケンス制御回路８の出力は電圧制御装置
４、距離検出回路９、駆動部制御回路１０に接続され、
距離検出回路９の出力は駆動部制御回路１０、傾斜角度
算出回路１１に接続され、駆動部制御回路１０の出力は
探針微駆動部６、探針駆動部７、傾斜角度算出回路１１
に接続され、更に傾斜角度算出回路１１の出力は制御回
路８に接続されている。
する。図１は本発明による探針接近機構をＳＴＭに適用
した第１の実施例の構成図を示し、固定基台１上に載置
された試料２の上方には、探針３が試料２に対向して設
けられており、試料２及び探針３には電圧制御装置４、
電流検出回路５が接続され、探針３には後述する探針微
駆動部６、ステッピングモータにより構成されて広範囲
動作を行う探針粗駆動部７が接続されている。一方、装
置全体の制御のためにシーケンス制御回路８が設けら
れ、電流検出回路５の出力はシーケンス制御回路８に接
続され、シーケンス制御回路８の出力は電圧制御装置
４、距離検出回路９、駆動部制御回路１０に接続され、
距離検出回路９の出力は駆動部制御回路１０、傾斜角度
算出回路１１に接続され、駆動部制御回路１０の出力は
探針微駆動部６、探針駆動部７、傾斜角度算出回路１１
に接続され、更に傾斜角度算出回路１１の出力は制御回
路８に接続されている。
【０００８】図２は探針３及び探針微駆動部６の拡大図
を示し、探針微駆動部６は円筒型圧電素子６ａに電極６
ｘ、６ｙ、６ｚを取り付けた構成であって、電極６ｚに
電圧を印加して探針３のｚ軸方向の位置制御を行い、電
極６ｘ及び電極６ｙに電圧を印加して探針３のｘ軸及び
ｙ軸方向の位置制御を行うものであり、探針３はｚ方向
に０．２μｍ、ｘ、ｙ軸方向に０．１μｍの範囲で移動
可能とされている（G.Binnig et al.,Rev.Sci.Instru
m.,57(8),August,1986,PP1688 ）。
を示し、探針微駆動部６は円筒型圧電素子６ａに電極６
ｘ、６ｙ、６ｚを取り付けた構成であって、電極６ｚに
電圧を印加して探針３のｚ軸方向の位置制御を行い、電
極６ｘ及び電極６ｙに電圧を印加して探針３のｘ軸及び
ｙ軸方向の位置制御を行うものであり、探針３はｚ方向
に０．２μｍ、ｘ、ｙ軸方向に０．１μｍの範囲で移動
可能とされている（G.Binnig et al.,Rev.Sci.Instru
m.,57(8),August,1986,PP1688 ）。
【０００９】電圧制御装置４によって試料２、探針３間
に一定電圧を印加しながら、探針微駆動部６によって探
針３を試料２に接近してゆくと、両者間にトンネル電流
が流れ始める。このトンネル電流の大きさは両者間の距
離に依存する。例えば、図３は試料２としてＨＯＰＧ
（グラファイト）を用い、探針３に１ｍｍφの白金ワイ
ヤを切断したものを使用した場合に、試料２を基準とし
た探針３のｚ軸方向の相対位置と、トンネル電流値との
関係を示すグラフ図であり、探針３、試料２間の距離が
５オングストローム変化すると、トンネル電流は約４桁
変化することが読み取れる。従って、使用する試料２、
探針３に対して、この情報を予め距離検出回路９に記憶
しておけば、電流検出回路５で検出したトンネル電流に
基づいて両者間の距離を算出することができる。
に一定電圧を印加しながら、探針微駆動部６によって探
針３を試料２に接近してゆくと、両者間にトンネル電流
が流れ始める。このトンネル電流の大きさは両者間の距
離に依存する。例えば、図３は試料２としてＨＯＰＧ
（グラファイト）を用い、探針３に１ｍｍφの白金ワイ
ヤを切断したものを使用した場合に、試料２を基準とし
た探針３のｚ軸方向の相対位置と、トンネル電流値との
関係を示すグラフ図であり、探針３、試料２間の距離が
５オングストローム変化すると、トンネル電流は約４桁
変化することが読み取れる。従って、使用する試料２、
探針３に対して、この情報を予め距離検出回路９に記憶
しておけば、電流検出回路５で検出したトンネル電流に
基づいて両者間の距離を算出することができる。
【００１０】傾斜角度測定時には、探針微駆動部６の出
力を電極６ｙに加えて、図４に示すように探針３をｙ軸
方向に一定振幅で振動してトンネル電流を測定する。探
針３のｙ軸が試料２の面と平行である場合には、探針３
の振動中も探針３と試料２間の距離は一定であってトン
ネル電流値は変化しないが、非平行の場合にはトンネル
電流値が変化することになる。
力を電極６ｙに加えて、図４に示すように探針３をｙ軸
方向に一定振幅で振動してトンネル電流を測定する。探
針３のｙ軸が試料２の面と平行である場合には、探針３
の振動中も探針３と試料２間の距離は一定であってトン
ネル電流値は変化しないが、非平行の場合にはトンネル
電流値が変化することになる。
【００１１】図５は図３のグラフ図の測定時と同一の試
料２、探針３を使用し、探針３をｙ軸方向で基準位置か
ら±０．０５μｍ振動させてトンネル電流を測定した際
の測定結果である。この図５から探針３のｙ軸方向の
０．１０μｍの移動によってトンネル電流は４桁程度変
化しており、このトンネル電流変化量は図３によって探
針３のｚ軸方向の５オングストロームの位置変化に相当
することが読み取れる。
料２、探針３を使用し、探針３をｙ軸方向で基準位置か
ら±０．０５μｍ振動させてトンネル電流を測定した際
の測定結果である。この図５から探針３のｙ軸方向の
０．１０μｍの移動によってトンネル電流は４桁程度変
化しており、このトンネル電流変化量は図３によって探
針３のｚ軸方向の５オングストロームの位置変化に相当
することが読み取れる。
【００１２】従って、図６に示すようにこの場合の試料
２の面と探針３のｙ軸との傾斜角度θは、次式で算出さ
れる。 θ＝Tan-1 （５［オングストローム］／０．１［μｍ］） ＝Tan-1 （１／２００）＝０．２９°
２の面と探針３のｙ軸との傾斜角度θは、次式で算出さ
れる。 θ＝Tan-1 （５［オングストローム］／０．１［μｍ］） ＝Tan-1 （１／２００）＝０．２９°
【００１３】実際の装置内での処理は制御回路８により
制御されており、駆動部制御回路１０によって、先ず探
針３を試料２に接近させ、探針微駆動部６で探針３をｙ
軸方向に振動しながら、電圧制御装置４により試料２、
探針３間に一定電圧を印加し、両者間にトンネル電流を
流す。このトンネル電流を電流検出回路５で検出し、距
離検出回路９で両者間距離を検出し、傾斜角度算出回路
１１により傾き角度を算出する。この傾斜角度は制御回
路８に入力され、制御回路８を介して駆動部制御回路１
０を駆動して、探針微駆動部６、探針粗駆動部７によっ
て探針３の傾斜角度補正を行う。補正後に試料２の像情
報を読み取る方法は従来例と同様である。
制御されており、駆動部制御回路１０によって、先ず探
針３を試料２に接近させ、探針微駆動部６で探針３をｙ
軸方向に振動しながら、電圧制御装置４により試料２、
探針３間に一定電圧を印加し、両者間にトンネル電流を
流す。このトンネル電流を電流検出回路５で検出し、距
離検出回路９で両者間距離を検出し、傾斜角度算出回路
１１により傾き角度を算出する。この傾斜角度は制御回
路８に入力され、制御回路８を介して駆動部制御回路１
０を駆動して、探針微駆動部６、探針粗駆動部７によっ
て探針３の傾斜角度補正を行う。補正後に試料２の像情
報を読み取る方法は従来例と同様である。
【００１４】この傾斜角度補正を行うことにより、試料
２と探針３との平行を調整した後に試料２上を広範囲に
走査したところ、１ｍｍ角の全ての領域でトンネル電流
測定を行うことができた。無調整の場合４０μｍ角であ
った。上述の説明においては、探針３をｙ軸方向に振動
してトンネル電流測定を行ったが、ｘ軸方向でも支障な
く、またｘｙ平面上で回転円運動を行ってもよい。
２と探針３との平行を調整した後に試料２上を広範囲に
走査したところ、１ｍｍ角の全ての領域でトンネル電流
測定を行うことができた。無調整の場合４０μｍ角であ
った。上述の説明においては、探針３をｙ軸方向に振動
してトンネル電流測定を行ったが、ｘ軸方向でも支障な
く、またｘｙ平面上で回転円運動を行ってもよい。
【００１５】図７は第２の実施例によるカンチレバー型
探針１２を示している。図８の断面図を示すように、カ
ンチレバー１２Ａは、上側から２分割電極１２ａ、１２
ｂ、圧電体１２ｃ、中間電極１２ｄ、圧電体１２ｅ、２
分割電極１２ｆ、１２ｇを積層した圧電体バイモルフに
よって構成されている。カンチレバー１２Ａはシリコン
基板１２Ｂの異方性エッチングにより除去した一部分に
固定されて片持ち支持され、カンチレバー１２Ａの上端
に探針３が装着されている。つまり、シリコン基板１２
Ｂ上には、探針３、２分割電極１２ａ、１２ｂ、１２
ｆ、１２ｇ、中間電極１２ｄにそれぞれ接続された引出
し電極１２ｈ〜１２ｎが形成されている。このカンチレ
バー型探針１２は図１の装置に組込まれて使用され、引
出し電極１２ｈ〜１２ｎは駆動部制御回路１０に接続さ
れている。
探針１２を示している。図８の断面図を示すように、カ
ンチレバー１２Ａは、上側から２分割電極１２ａ、１２
ｂ、圧電体１２ｃ、中間電極１２ｄ、圧電体１２ｅ、２
分割電極１２ｆ、１２ｇを積層した圧電体バイモルフに
よって構成されている。カンチレバー１２Ａはシリコン
基板１２Ｂの異方性エッチングにより除去した一部分に
固定されて片持ち支持され、カンチレバー１２Ａの上端
に探針３が装着されている。つまり、シリコン基板１２
Ｂ上には、探針３、２分割電極１２ａ、１２ｂ、１２
ｆ、１２ｇ、中間電極１２ｄにそれぞれ接続された引出
し電極１２ｈ〜１２ｎが形成されている。このカンチレ
バー型探針１２は図１の装置に組込まれて使用され、引
出し電極１２ｈ〜１２ｎは駆動部制御回路１０に接続さ
れている。
【００１６】探針３のｘｚ軸方向の移動は、引出し電極
１２ｉ〜１２ｍの印加電圧を制御することにより行われ
る。例えば、圧電体１２ｃ、１２ｅの右領域を収縮、左
領域を伸長して、図９に示すように探針３をｘ軸方向に
移動する。或いは、図示は省略しているが、例えば圧電
体１２ｃを収縮し、圧電体１２ｅを伸長して、探針３を
ｚ軸方向移動することが可能とされている。傾斜角度検
出時には、圧電体１２ｃ、１２ｅの左右領域を交互に収
縮、伸長して探針３をｘ軸方向で振動させ、引出し電極
１２ｈを用いてトンネル電流を測定する。なお、カンチ
レバー１２Ａの積層構造は、例えばT.R.Albrecht,Prose
edingus of 4th International Conference on STM/ST
S,'89,S10-2に示される方法を用いて作成することがで
きる。
１２ｉ〜１２ｍの印加電圧を制御することにより行われ
る。例えば、圧電体１２ｃ、１２ｅの右領域を収縮、左
領域を伸長して、図９に示すように探針３をｘ軸方向に
移動する。或いは、図示は省略しているが、例えば圧電
体１２ｃを収縮し、圧電体１２ｅを伸長して、探針３を
ｚ軸方向移動することが可能とされている。傾斜角度検
出時には、圧電体１２ｃ、１２ｅの左右領域を交互に収
縮、伸長して探針３をｘ軸方向で振動させ、引出し電極
１２ｈを用いてトンネル電流を測定する。なお、カンチ
レバー１２Ａの積層構造は、例えばT.R.Albrecht,Prose
edingus of 4th International Conference on STM/ST
S,'89,S10-2に示される方法を用いて作成することがで
きる。
【００１７】圧電体に、０．３μｍの厚さのＺｎＯ電極
に０．１μｍのＡｕを使用して作成した幅１５０μｍ、
長さ３００μｍのカンチレバー１２Ａでは、印加電圧±
５Ｖでｘ軸方向変位量±１３０オングストロームであ
り、２６０オングストローム幅の振動が可能であること
が実験によって確認されている。また、試料２にＨＯＰ
Ｇを、探針３にＡｇペーストを使用した実験では、トン
ネル電流値の２桁程度の変化量が測定され、傾斜角度θ
＝０．４°が検出された。
に０．１μｍのＡｕを使用して作成した幅１５０μｍ、
長さ３００μｍのカンチレバー１２Ａでは、印加電圧±
５Ｖでｘ軸方向変位量±１３０オングストロームであ
り、２６０オングストローム幅の振動が可能であること
が実験によって確認されている。また、試料２にＨＯＰ
Ｇを、探針３にＡｇペーストを使用した実験では、トン
ネル電流値の２桁程度の変化量が測定され、傾斜角度θ
＝０．４°が検出された。
【００１８】図１０は本発明を情報処理装置に適用した
第３の実施例の構成図であり、図１と同一符号は同一部
材を示している。この実施例においては、図１１に示す
ように、第２の実施例で説明した複数個のカンチレバー
型探針１２を基台１３上に片持ちによって並設した記録
・再生ヘッド１４を使用している。試料として用いる記
録媒体１５は、電圧を印加するために下面に下地電極１
６が取り付けられ、傾き補正機構１７に固設された記録
媒体ホルダ１８によって把持されており、この記録媒体
１５に探針３を下向きに対向して、記録・再生ヘッド１
４が例えばステッピングモータ、差動マイクロメータ、
ボイスコイル、インチフォーム等の機構で構成された粗
動駆動部１９に固設されている。
第３の実施例の構成図であり、図１と同一符号は同一部
材を示している。この実施例においては、図１１に示す
ように、第２の実施例で説明した複数個のカンチレバー
型探針１２を基台１３上に片持ちによって並設した記録
・再生ヘッド１４を使用している。試料として用いる記
録媒体１５は、電圧を印加するために下面に下地電極１
６が取り付けられ、傾き補正機構１７に固設された記録
媒体ホルダ１８によって把持されており、この記録媒体
１５に探針３を下向きに対向して、記録・再生ヘッド１
４が例えばステッピングモータ、差動マイクロメータ、
ボイスコイル、インチフォーム等の機構で構成された粗
動駆動部１９に固設されている。
【００１９】図１０には１個の探針３のみ図示している
が、個々の探針３と記録媒体１５には電圧制御装置４、
電流検出回路５がそれぞれ接続され、電圧制御装置４は
データ変調回路２０を介して又は介さずにＣＰＵ２１と
接続され、電流検出回路５は距離検出回路９に接続さ
れ、データ復調回路２２を介してＣＰＵ２１に接続され
ている。また、距離検出回路９は第１の実施例と同様
に、傾斜角度算出回路１１を介して又は介さずにＣＰＵ
２１と接続され、更に傾斜角度算出回路１１は傾斜角度
補正回路２３を介して傾き補正機構１７に接続され、駆
動部制御回路１０はＣＰＵ２１、記録・再生ヘッド１４
の複数のカンチレバー型探針１２からの引出し電極、粗
動駆動部１９に接続されている。
が、個々の探針３と記録媒体１５には電圧制御装置４、
電流検出回路５がそれぞれ接続され、電圧制御装置４は
データ変調回路２０を介して又は介さずにＣＰＵ２１と
接続され、電流検出回路５は距離検出回路９に接続さ
れ、データ復調回路２２を介してＣＰＵ２１に接続され
ている。また、距離検出回路９は第１の実施例と同様
に、傾斜角度算出回路１１を介して又は介さずにＣＰＵ
２１と接続され、更に傾斜角度算出回路１１は傾斜角度
補正回路２３を介して傾き補正機構１７に接続され、駆
動部制御回路１０はＣＰＵ２１、記録・再生ヘッド１４
の複数のカンチレバー型探針１２からの引出し電極、粗
動駆動部１９に接続されている。
【００２０】傾斜角度検出方法は第２の実施例と全く同
様であり、粗動駆動部１９によって探針３を記録媒体１
５に概略近接した後に、両者間に一定電圧を印加し、探
針３を例えばｘ軸方向に振動しながらトンネル電流を電
流検出回路５で検流し、距離検出回路９、傾斜角度算出
回路１１によって傾斜角度を算出する。この傾斜角度は
傾斜角度補正回路２３に入力され、傾き補正機構１７が
移動されて補正が行われる。傾き補正機構１７には、例
えば図２に示した円筒型圧電素子又は記録媒体ホルダ１
８の四隅に取り付けた積層型圧電体素子が適当であり、
傾斜角度検出は最低１個の探針３に対して行えばよく、
全ての探針３に対して行う必要はない。また、データ記
録、再生中に複数回の検出を実施すれば、外部振動、試
料２の熱膨張等によって傾斜角度が時間変動する場合に
も対処できる。
様であり、粗動駆動部１９によって探針３を記録媒体１
５に概略近接した後に、両者間に一定電圧を印加し、探
針３を例えばｘ軸方向に振動しながらトンネル電流を電
流検出回路５で検流し、距離検出回路９、傾斜角度算出
回路１１によって傾斜角度を算出する。この傾斜角度は
傾斜角度補正回路２３に入力され、傾き補正機構１７が
移動されて補正が行われる。傾き補正機構１７には、例
えば図２に示した円筒型圧電素子又は記録媒体ホルダ１
８の四隅に取り付けた積層型圧電体素子が適当であり、
傾斜角度検出は最低１個の探針３に対して行えばよく、
全ての探針３に対して行う必要はない。また、データ記
録、再生中に複数回の検出を実施すれば、外部振動、試
料２の熱膨張等によって傾斜角度が時間変動する場合に
も対処できる。
【００２１】データの記録・再生は従来例に述べた周知
の方法を用いることができる。記録時には、粗動駆動部
１９によって探針３を記録媒体１５に所定間隔で近接し
てｘｙ平面走査を行いながら、データ変調回路２０で変
調されたパルス電圧を電圧制御装置４によって探針３、
記録媒体１５間に印加すると、両者間にトンネル電流が
流れる。このトンネル電流によって記録媒体１５は局所
的に物理的変形が加えられ、或いは表面に電子状態が変
化され、電気抵抗の低い部分が形成されてデータ列の記
録が行われる。再生時には、同様に近接した探針３、記
録媒体１５間に一定電圧を印加しながら、データ列に沿
ってｘｙ平面走査を行うと、パルス電圧により記録され
た部所の抵抗に対応して変化するトンネル電流が検出さ
れ、これをデータ復調回路２２で復調してＣＰＵ２１に
伝送する。
の方法を用いることができる。記録時には、粗動駆動部
１９によって探針３を記録媒体１５に所定間隔で近接し
てｘｙ平面走査を行いながら、データ変調回路２０で変
調されたパルス電圧を電圧制御装置４によって探針３、
記録媒体１５間に印加すると、両者間にトンネル電流が
流れる。このトンネル電流によって記録媒体１５は局所
的に物理的変形が加えられ、或いは表面に電子状態が変
化され、電気抵抗の低い部分が形成されてデータ列の記
録が行われる。再生時には、同様に近接した探針３、記
録媒体１５間に一定電圧を印加しながら、データ列に沿
ってｘｙ平面走査を行うと、パルス電圧により記録され
た部所の抵抗に対応して変化するトンネル電流が検出さ
れ、これをデータ復調回路２２で復調してＣＰＵ２１に
伝送する。
【００２２】なお、記録媒体１５の表面は探針３の掃引
範囲内で必ずしも平坦であるとは限らず、一般にデータ
に無関係な微小凹凸が存在する。そこで、距離検出回路
９により電流検出回路５の信号から情報ビットの有無に
よる高周波振動成分を除去した信号を算出し、その信号
値を一定に保持するように、つまり記録媒体１５と探針
３との間隔を一定に保持するように、ＣＰＵ２１、距離
検出回路９を介してカンチレバーをｚ軸方向に移動する
制御を行っている。
範囲内で必ずしも平坦であるとは限らず、一般にデータ
に無関係な微小凹凸が存在する。そこで、距離検出回路
９により電流検出回路５の信号から情報ビットの有無に
よる高周波振動成分を除去した信号を算出し、その信号
値を一定に保持するように、つまり記録媒体１５と探針
３との間隔を一定に保持するように、ＣＰＵ２１、距離
検出回路９を介してカンチレバーをｚ軸方向に移動する
制御を行っている。
【００２３】記録媒体１５の材質には、トンネル電流に
よって表面形状を凸型に変形する(staufen,Appl.Phys.L
etters,51(4),27,July,1987,pp244)、或いは凹型に変形
する（Heinzelmann,Appl.Phys.Letters,Vol.53,No.24,D
ec.,1988,pp2447 ）ことが可能な金属、半導体、酸化
物、有材薄膜等が知られている。また、電気特性を変化
させて記録を行うものとしては、特開昭６３−１６１５
５２号公報、同１６１５５３号公報に開示されるよう
に、ラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）により形
成される有機薄膜が好ましく、例えば石英ガラス基板上
に、下地電極１６として真空装着方法によってＣｒを５
０オングストローム堆積させ、その上に同じ方法によっ
てＡｕを３００オングストローム被着し、更にＬＢ法に
よってＳＯＡＺ（スクアリリウム−ビス−６−オクチル
アズレン）を４層積層したものが挙げられる。記録時に
印加するパルス電圧は、使用する記録媒体１５によって
も異なるが、例えば電圧３Ｖ、幅５０ｎＳの矩形状パル
ス電圧等が、また再生時の印加電圧は記録電圧よりも低
く例えば２００ｍＶの直流電圧が適当である。
よって表面形状を凸型に変形する(staufen,Appl.Phys.L
etters,51(4),27,July,1987,pp244)、或いは凹型に変形
する（Heinzelmann,Appl.Phys.Letters,Vol.53,No.24,D
ec.,1988,pp2447 ）ことが可能な金属、半導体、酸化
物、有材薄膜等が知られている。また、電気特性を変化
させて記録を行うものとしては、特開昭６３−１６１５
５２号公報、同１６１５５３号公報に開示されるよう
に、ラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）により形
成される有機薄膜が好ましく、例えば石英ガラス基板上
に、下地電極１６として真空装着方法によってＣｒを５
０オングストローム堆積させ、その上に同じ方法によっ
てＡｕを３００オングストローム被着し、更にＬＢ法に
よってＳＯＡＺ（スクアリリウム−ビス−６−オクチル
アズレン）を４層積層したものが挙げられる。記録時に
印加するパルス電圧は、使用する記録媒体１５によって
も異なるが、例えば電圧３Ｖ、幅５０ｎＳの矩形状パル
ス電圧等が、また再生時の印加電圧は記録電圧よりも低
く例えば２００ｍＶの直流電圧が適当である。
【００２４】上述の実施例は全てトンネル電流を用いて
いるが、原子間力、容量、磁束、磁力等の他の物理量を
用いた装置にも応用できる。
いるが、原子間力、容量、磁束、磁力等の他の物理量を
用いた装置にも応用できる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る傾斜測
定機構は、プローブと直交する平面に平行な面内でプロ
ーブを振動しながら検出したトンネル電流から、探針面
と試料面との傾斜角度を算出するので、この傾斜角度を
補正した後に探針を試料に接近するなどして、試料上の
像情報が正確に得られる。
定機構は、プローブと直交する平面に平行な面内でプロ
ーブを振動しながら検出したトンネル電流から、探針面
と試料面との傾斜角度を算出するので、この傾斜角度を
補正した後に探針を試料に接近するなどして、試料上の
像情報が正確に得られる。
【図１】第１の実施例の構成図である。
【図２】探針微駆動部及び探針の斜視図である。
【図３】探針ｚ軸相対位置とトンネル電流との関係のグ
ラフ図である。
ラフ図である。
【図４】探針の振動方法の説明図である。
【図５】探針ｙ軸位置とトンネル電流との関係のグラフ
図である。
図である。
【図６】傾斜角度算出方法の説明図である。
【図７】第２の実施例によるカンチレバー型探針の斜視
図である。
図である。
【図８】断面図である。
【図９】探針の移動方向の説明図である。
【図１０】第３の実施例の構成図である。
【図１１】記録・再生ヘッドの斜視図である。
２ 試料 ３ 探針 ４ 電圧制御装置 ５ 電流検出回路 ６ 探針微駆動部 ７ 探針粗駆動部 ９ 距離検出回路 １０ 駆動部制御回路 １１ 傾斜角度算出回路 １２ カンチレバー型探針 １４ 記録・再生ヘッド １５ 記録媒体 １７ 傾き補正機構 １９ 粗動駆動部 ２３ 傾斜角度補正回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮▲崎▼ 俊彦 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 小口 高広 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 川瀬 俊光 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 河岸 秀行 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 河田 春紀 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 山本 敬介 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−12507（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147803（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−186111（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−212001（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359105（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/30 G01B 7/00 - 7/34 G01N 37/00
Claims (1)
- 【請求項１】 試料から情報を検出するプローブと、該
試料面内で前記プローブを１個所で振動させる探針振動
手段と、前記探針振動手段によって前記プローブを振動
しながら前記プローブで検出した信号から前記プローブ
と試料面との傾斜角度を算出する傾斜角度算出回路とを
有することを特徴とする傾斜測定機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16107291A JP2939006B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 傾斜測定機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16107291A JP2939006B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 傾斜測定機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359108A JPH04359108A (ja) | 1992-12-11 |
| JP2939006B2 true JP2939006B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=15728093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16107291A Expired - Fee Related JP2939006B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 傾斜測定機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2939006B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5347854A (en) * | 1992-09-22 | 1994-09-20 | International Business Machines Corporation | Two dimensional profiling with a contact force atomic force microscope |
-
1991
- 1991-06-05 JP JP16107291A patent/JP2939006B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04359108A (ja) | 1992-12-11 |
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