JP3168359B2

JP3168359B2 - カンチレバー型変位素子ユニット、及びそれを用いたカンチレバー型プローブユニット、及びそれを用いた情報処理装置

Info

Publication number: JP3168359B2
Application number: JP28712292A
Authority: JP
Inventors: 岳彦川崎; 正剛赤池; 義勇鈴木; 敬介山本; 春紀河田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 2001-05-21
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: JPH06120581A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル電流検出装置
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられる、カンチレバー
（片持ちばり）型変位素子ユニット、及びそれを用いた
カンチレバー型プローブユニット、及びそれを用いて情
報の記録再生を行う情報処理装置に関する。

【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．Ｂｉｎｎｉｇｅｔ．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。更に現在、ＳＴＭの手法を用いて、半導体或いは高
分子材料等の原子オーダー、分子オーダーの観察評価、
微細加工（Ｅ．Ｅ．Ｅｈｒｉｃｈｓ，４ｔｈ．Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳ
ｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙ／Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ１３−
３）、及び記録再生装置等のさまざまな分野への応用が
研究されている。

【０００３】なかでも、コンピューターの情報処理等で
は大容量を有する記録装置に対する要求がますます高ま
っており、半導体プロセス技術の進展により、マイクロ
プロセッサが小型化し、計算能力が向上したために記録
装置の小型化が望まれている。これらの要求を満たす目
的で、記録媒体との間隔を微調整可能な駆動手段上に存
在するトンネル電流発生用プローブからなる変換器から
電圧印加することによって、記録媒体表面の形状を変化
させることにより記録書き込みし、形状の変化によるト
ンネル電流の変化を検知することにより情報の読み出し
を行い、最小記録面積が１０^-4μｍ平方となる記録再生
装置が提案されている（ＵＳＰ４５７５８２２）。

【０００４】かかる装置においては、試料を探針で数ｎ
ｍ〜数μｍの範囲で走査する必要があり、その際の移動
機構として圧電体素子が用いられる。この例としては、
３本の圧電体素子を、ｘ、ｙ、ｚ方向に沿って互いに直
交するように組み合わせ、その交点に探針を配置したト
ライポッド型や、円筒型の圧電体素子の外周面の電極を
分割して一端を固定し、他端に探針を取り付け、各々の
分割電極に対応させて円筒を変形させて走査する円筒型
等のタイプがある。

【０００５】さらに最近では、半導体加工技術を利用し
たマイクロマシーニング技術（Ｋ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｏ
ｎ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．ＥＤ−２５，Ｎｏ．１０，ｐ
１２４１，１９７８）を用いて探針駆動機構を微細に形
成する試みがなされている。図７及び図８はマイクロマ
シーニング技術により、Ｓｉ基板上に圧電体バイモルフ
からなるカンチレバーを形成した例である（Ｔ．Ｒ．Ａ
ｌｂｒｅｃｈｔ，”Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｃａｎｎｉｎｇＴ
ｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｏｆ４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｃａｎｎｉｎｇ
ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／Ｓｐｅ
ｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ１０−２）。

【０００６】図７はその斜視図であり、図８はその断面
図である。本素子では、Ｓｉ基板７１上に２分割電極７
２ａ，７２ｂ−ＺｎＯ圧電体７３−中電極７４−ＺｎＯ
圧電体７５−２分割電極７６ａ，７６ｂと積層したカン
チレバーを作り、Ｓｉ基板７１の一部を異方性エッチン
グにより除去してＳｉ基板７１の端部から片持ちで支持
されるように形成されている。上記圧電体バイモルフか
らなるカンチレバーの先端には金属等のマイクロティッ
プ７７が接着等により取りつけられ、引き出し電極７８
を介してトンネル電流を検知する。このカンチレバー
は、バイモルフ構成を持つため、とりわけ上下方向に大
きな変位量を得ることができるという優れた特性を持
つ。

【０００７】また、このようなマイクロマシーニング技
術により形成される探針駆動機構は微細にでき、記録再
生装置の情報の書き込み、読み出しの速度を向上させる
に要求されるプローブの複数化を容易にすることが可能
となる。更に、この方法は、圧電体材料の薄膜技術を利
用している点で、Ｓｉ半導体を主流とするＩＣプロセス
にそのまま組み込むことができ、優れた方法といえる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７，
８に示した素子において、圧電体として用いられるＺｎ
Ｏは湿度に関して敏感であり、さらには周囲の環境中の
塩素等と反応し、変質してしまうことがあった。この様
なことは、圧電体として用いられるＰＺＴ等の酸化物、
ＡｌＮ等の窒化物にも程度の差こそあれ同様に見られる
問題である。特に、このような薄膜を用いた構造を有す
るカンチレバー型変位素子の場合は、素子体積に対する
表面積が大きいため、大きな問題となっている。

【０００９】このようなことを防ぐために、電子素子に
おいてはパッシベーション膜を設けたり、素子を封止し
たりすることが従来から一般に行われている。しかしな
がら、こういった従来からのパッシベーション膜や封止
をカンチレバー型変位素子に応用するには以下のような
問題点がある。

【００１０】まず、パッシベーション膜は素子上に直接
形成する必要があるが、薄膜の構造物であるカンチレバ
ーに直接形成すると、パッシベーション膜の応力により
カンチレバーに反りが発生することがあり、更にカンチ
レバーを駆動した際には、その屈曲運動によりパッシベ
ーションクラックが発生することが容易に推測できる。

【００１１】また、封止には従来一般にエポキシ樹脂等
が用いられており、安価で簡便ではあるが、従来から水
分の素子への侵入と、樹脂自体から発生する塩素による
素子腐食が問題となっていた。

【００１２】現在までに耐湿性の向上と塩素含有量の低
減化が行われてきており、パッシベーション膜とを合わ
せて使用することで、Ｓｉ等の半導体を中心材料とした
ＬＳＩ等には実用上ほとんど問題のないものが得られて
いるが、カンチレバーに用いる圧電材料は前述のように
非常に湿度、塩素に敏感な材料であり、更に前述のよう
にパッシベーション膜を設けることが難しいこともあ
り、必ずしも満足な性能のものが得られているとは言い
難い。

【００１３】更にもうひとつの封止方法として、セラミ
ックスからなるパッケージが用いられているが、この方
法は耐湿性、塩素発生量等についてはエポキシ樹脂を用
いた方法より優れているものの、非常に高価であるとい
う問題点があった。

【００１４】このように、従来から用いられているパッ
シベーション膜や封止方法を用いて、耐環境性を持ち、
長期にわたって安定した特性を発揮するカンチレバー型
変位素子を安価に提供することは困難であった。

【００１５】以上のような従来例の問題点に鑑み、本発
明の目的とするところは、耐環境性に優れ、長期にわた
って安定した特性を発揮する、カンチレバー型変位素子
ユニット、カンチレバー型プローブユニット及びそれを
用いた情報処理装置等を安価に提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために成された本発明は、第１に、圧電体膜と、該
圧電体膜を逆圧電効果により変位させるための電極とを
積層してなるカンチレバー型変位素子を、Ｓｉ基板とガ
ラス基板とを陽極接合し、該接合面内に、少なくとも１
か所以上の非接着部分を有する構造体の中に封止した構
成を持つことを特徴とするカンチレバー型変位素子ユニ
ットであり、第２に、第１の発明において、前記陽極接
合が、光を照射しながら前記Ｓｉ基板とガラス基板に電
界を印加する光照射陽極接合であることを特徴とするカ
ンチレバー型変位素子ユニットであり、第３に、第１ま
たは第２の発明であるカンチレバー型変位素子ユニット
のカンチレバーの自由端部に、情報入出力用のマイクロ
ティップを設けた構成を持つことを特徴とするカンチレ
バー型プローブユニットであり、第４に、第３の発明で
あるカンチレバー型プローブユニットの構造体の中に、
該カンチレバープローブユニットにより情報の記録再生
を行うための記録媒体を設けた構成を持つことを特徴と
する情報処理装置である。

【００１７】図１は本発明に用いられるカンチレバー型
変位素子、及びこれを用いたカンチレバー型プローブの
作製手順と概略の構成の一例を示す断面図である。

【００１８】本発明に用いられるカンチレバー型変位素
子は、図１（ａ）に示すように、基板１上にまず下部電
極２を形成する。次に、図１（ｂ）に示すように、第一
の圧電体膜３を形成する。それに続いて図１（ｃ）に示
すように、同様にして中電極４、第二の圧電体膜５、上
部電極６の順に積層して堆積する。また各層を堆積する
時、あるいは積層して堆積した後でパターニングを行
い、所望のカンチレバー８の形状に加工する。その後に
図１（ｄ）に示すように、素子の片端部を除いて、素子
下部の基板を除去して作製される。

【００１９】また、上記のようにして作製したカンチレ
バー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブは、図
１（ｅ）に示すように、カンチレバーの自由端部に情報
入出力用のマイクロティップ７を設けることで作製され
る。

【００２０】上記のカンチレバー型変位素子は、下部電
極２−圧電体膜３−中電極４−圧電体膜５−上電極６の
順に５層の積層構成を持つ所謂バイモルフ構造のもので
あるが、本発明では図２に示されるように、単一層の圧
電体膜３の上下面に電極２，６を持ち、更にその上下い
ずれかの面に弾性体膜２１を設けた構造のものなど、圧
電体膜とその上下面に該圧電体膜を逆圧電効果により変
位させるための電極を持つ構造であれば任意にその構成
を選ぶことができる。さらには、電極を任意に分割した
構造とし、所望の方向への変位を起こさせる構造とする
こともできる。

【００２１】このような構成を有するカンチレバー型変
位素子を用いたカンチレバー型プローブも、図２（ｄ）
に示されるように、カンチレバーの自由端部に情報入出
力用のマイクロティップ７を設けることで作製される。
この情報入出力用のマイクロティップの材料としては、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄなどの貴金属や、Ｗなどの金
属、これらの合金類や積層したもの、あるいはＴｉＣな
どが用いられる。また、マイクロティップは、上記材料
の小片を接着したり、上記材料の薄膜を積層したりした
後、必要であればエッチングや電解研磨などで所望の形
態に加工し作製する。

【００２２】本発明のカンチレバー型変位素子ユニット
及びカンチレバー型プローブユニットは、前記カンチレ
バー型変位素子及びカンチレバー型プローブを、Ｓｉ基
板とガラス基板とを陽極接合した構造体の中に封止して
形成される。本発明において、かかる陽極接合は、従来
より知られているＳｉ基板と可動イオンが含まれるガラ
ス（パイレックスＣＧＷ＃７７４０等）基板を接触させ
た後、数百℃に加熱しながら二つの基板の間に数百Ｖの
直流電界を印加することにより、二つの基板の間に結合
を起こさせて、接着剤等を用いずに直接接合する陽極接
合技術を用いることができる。

【００２３】この方法によれば、Ｓｉとガラスという極
めて安定な無機材料のみを封止材として用いるため、封
止材からの塩素等の発生や水分の侵入の無い封止構造を
形成できる。

【００２４】本発明において用いられる陽極接合は、カ
ンチレバーの電極−圧電体層間の拡散と、加熱による各
層の応力変化を伴うカンチレバーのそりの発生を防止す
るため、可能な限り低温で行う方法が好ましい。さらに
は、湿度を含む大気等を封止部内に残留させないため
に、真空中または不活性ガス雰囲気中で行うのが望まし
い。

【００２５】このような方法としては、従来よりＣＯ₂
レーザー等を用いて光を照射しながら前述のＳｉとガラ
スの陽極接合を行うことで、ほとんど無加熱で同様の接
合が行える光照射陽極接合技術が考案されている。この
方法によれば、より低い温度での接合が行えるととも
に、十分な熱伝導を得ることが難しい真空中でも容易に
接合を行うことができ、気密性の高い封止構造を形成で
きるため、本発明に極めて好適である。

【００２６】更に本発明では、上記方法により接合した
接合部に一部非接着部を設けることにより、熱サイクル
や機械的衝撃、あるいは経時変化等による接合部の劣化
等による破断やはがれを生じた場合でも、その破断やは
がれが連続的に広がることを防止することができる。こ
れは破断が伝播していく際に、非接着部でその伝播の連
続性を食い止めることができるためである。

【００２７】かかる接合部に設ける非接着部は、Ｓｉも
しくはガラス基板の接着面の一部にエッチング等により
凹部を作製することによって行う。あるいは前述の光照
射陽極接合法を用いて接合を行う場合は、照射光を一部
マスキングすることで非接着部分を設けることもでき
る。その他にも、選択的に接合を行うことができれば、
特にその方法は問わない。非接着部の形状は、円形、楕
円形、矩形、多角形、溝型等その形状は任意に選ぶこと
ができ、その個数も十分な接着強度が得られる範囲で任
意に選ぶことができる。

【００２８】本発明に用いられるＳｉ基板は、ガラス基
板との接合を行う面の平滑性が十分でありさえすれば、
結晶面方位、導電率など特に規定されるものではない。
また、ガラスは、可動イオンを含み、かつＳｉと熱膨張
係数の近いものが好ましく、パイレックスガラス等が好
適である。

【００２９】次に、前記本発明のカンチレバー型プロー
ブユニットを用いた情報処理装置について説明する。

【００３０】図３は、本発明のカンチレバー型プローブ
ユニットを用いた情報処理装置の概略の構成の一例を示
す断面図である。図中、８は圧電体膜と電極とを積層し
てなるカンチレバー、７はカンチレバーの自由端部に設
けられたマイクロティップ、１はカンチレバー８を支持
する基板、３１は記録媒体、３２は記録媒体保持部、３
３は封止用Ｓｉ基板、３４は封止用Ｓｉ基板３３に設け
たカンチレバー型プローブ等をマウントするための凹
部、３５は封止用ガラス基板、３６は接合部分における
接着部、３７は非接着部である。

【００３１】また、該カンチレバー型プローブユニット
を用いた情報処理装置の電気回路のブロック図を図４に
示す。図４において、４１はカンチレバー型プローブに
バイアス電圧を加えるためのバイアス電圧印加回路、４
２はトンネル電流検出回路、４３はカンチレバー型プロ
ーブを動かすための駆動制御回路、４４は装置全体を制
御するためのＣＰＵである。なお、本図においては封止
用の基板は省略してある。

【００３２】記録媒体保持部３２としては、該カンチレ
バー型プローブが単体で十分なスキャンエリアを得るこ
とができる場合には単なる基板等で構わないが、不十分
な場合は小型のｘ−ｙステージを設けて記録媒体３１を
ｘ−ｙ方向に動かせる構造とすることもできる。

【００３３】本発明の情報処理装置に用いられる記録媒
体としては、ＳＴＭ等の原理による記録再生が行えるも
のであれば特に限定されるものではない。好ましいもの
の例としては、ＨＯＰＧ、平滑な貴金属薄膜、有機単分
子（累積）膜（ＬＢ膜）等がある。

【００３４】以上のように本発明によれば、気密性、耐
久性に優れ、塩素発生の無い封止構造を持つことによ
り、耐湿性に優れ、長期にわたって安定した特性を発揮
するカンチレバー型変位素子ユニット、カンチレバー型
プローブユニット、及びそれを用いた情報処理装置を非
常に簡便な方法で、かつ安価に提供することが可能とな
る。

【００３５】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を具体的に詳述
する。

【００３６】実施例１本実施例では、図１に示したようなカンチレバー型プロ
ーブを作製し、これを用いて図３に示したような情報処
理装置を作製した。

【００３７】まず、図１（ａ）に示したように基板１上
に下部電極２を形成した。基板としては、Ｓｉ単結晶上
に後述する異方性エッチングのマスク層としてＳｉ₃Ｎ
₄を０．２μｍ堆積したものを用いた。下部電極２の材
料としてはＰｔを用い、形成方法としては高周波スパッ
タリング法を用いた。形成条件はスパッタリングガスと
して圧力０．５ｍＴｏｒｒのＡｒガスを用い、高周波パ
ワーを５００Ｗ、基板加熱は行わず、膜厚を０．１μｍ
として形成した。

【００３８】続いて図１（ｂ）に示したように、その上
に第一の圧電体膜３を形成した。第一の圧電体膜３は、
圧電材料としてはＺｎＯを用い、高周波マグネトロンス
パッタ法を用いて成膜を行った。成膜条件はターゲット
にＺｎＯ焼結体を用い、ＡｒとＯ₂を１：１の比で混合
し、全圧を１５ｍＴｏｒｒとしたガスの雰囲気中で基板
温度２００℃としてスパッタリングを行い、０．３μｍ
堆積した。

【００３９】さらに図１（ｃ）に示したように、その上
に中電極４、第二の圧電体膜５、上部電極６の順に連続
的に堆積して形成した。中電極４、上部電極６はいずれ
も下部電極２とまったく同様にして形成した。また、第
二の圧電体膜５は第一の圧電体膜３とまったく同様にし
て形成した。

【００４０】その後、図１（ｄ）に示したように、通常
のフォトリソグラフィーにより不要部分を除去した後、
水酸化カリウム水溶液を用いて、基板の異方性エッチン
グにより素子の片端部を除いて素子下部の基板を除去し
てカンチレバー型変位素子を作製した。本実施例で作製
したカンチレバー８は、長さ５００μｍ、幅５０μｍで
ある。

【００４１】このようにして作製したカンチレバー型変
位素子の下部電極２と中電極４の間、あるいは中電極４
と上部電極６の間に±３Ｖの電圧を印加した場合に、カ
ンチレバー８の先端部は、図１の上下方向に±３μｍ変
位した。

【００４２】次に、図１（ｅ）に示すように、このよう
にして作製したカンチレバー型変位素子を用いたカンチ
レバー型プローブを、該カンチレバー型変位素子の自由
端部に情報入出力用のマイクロティップ７を設けること
で作製した。マイクロティップ７はＰｔ、Ｒｈ、Ｗなど
の金属片を接着もしくは金属膜を堆積、加工して、針状
に形成した。

【００４３】続いて、このようにして作製したカンチレ
バー型プローブと記録媒体を封止し、図３に示したよう
な情報処理装置を作製した。

【００４４】まず、封止用Ｓｉ基板３３を加工し、カン
チレバー型プローブと記録媒体等を入れる凹部３４を形
成した。これはＳｉ基板上にＳｉ₃Ｎ₄をマスク層とし
て形成し、このマスク層をパターニングした後に水酸化
カリウム水溶液による異方性エッチングにより、不要部
分を除去するという方法で形成した。なお、この凹部３
４の深さは、後述する接着を行った後に、カンチレバー
型プローブ先端のマイクロティップ７と記録媒体３１の
間隙が適当になるように決定し、水酸化カリウム水溶液
の温度とエッチング時間を調整することで所望の深さに
凹部を作製した。

【００４５】次に、封止用ガラス基板３５の接合面に非
接着部３７を形成するために、１ｍｍφ、深さ０．０１
ｍｍの円形の穴をエッチングにより１０個／ｃｍ²の密
度で形成した。

【００４６】このようにして作製したＳｉ基板３３の凹
部３４の底部に、記録媒体保持部３２に固定した記録媒
体３１を固定し、更に封止用ガラス基板３５上の対応す
る箇所にカンチレバー型プローブの支持基板１を固定し
た。なお、封止用ガラス基板３５としてはパイレックス
（ＣＧＷ＃７７４０）を用いた。また記録媒体保持部３
２には小型のｘ−ｙステージを組み込んである。

【００４７】次に、Ｓｉ基板３３とガラス基板３５を陽
極接合により接着して封止を行った。図５にその接着方
法の概略を示す。図中、５１はアース電極、５２はプラ
テン、５３は陽極接合用直流電源、５４は封止用ガラス
基板の表面に接触し電気的に連結している針電極、５５
はアース電極５１に接触し電気的に連結している針電
極、５６は不図示の光源より接着部分全面に対して照射
される照射光である。

【００４８】上記構成において、位置合わせの後、針電
極５４を介して電源５３によってＳｉ基板３３とガラス
基板３５の間に電圧を印加すると共に、針電極５５を介
してアース電極５１をＳｉ基板３３と同電位になるよう
にする。同時に接着部分全面に対して照射光５６を照射
した。本実施例においては、印加電圧は１ｋＶ、照射光
は５Ｗ／ｃｍ²のＣＯ₂レーザーで、接合に要した時間
は１０分間であった。ヒーター等による加熱は行ってい
ない。なお、位置合わせから接合までの工程は１×１０
^-2Ｔｏｒｒ以下の真空中で行った。

【００４９】次に、上記のようにして作製した本実施例
の情報処理装置を用いて、ＳＴＭの原理による情報の記
録再生を行った。この方法を図４に示した装置のブロッ
ク図を用いて説明する。まず、本実施例で作製したカン
チレバー型プローブにて記録媒体３１にマイクロティッ
プ７を近づけた後（図Ｚ方向）、記録媒体３１面内のｘ
方向、ｙ方向を記録媒体保持部３２に組み込んだ小型の
ｘ−ｙステージにて走査し、マイクロティップ７と記録
媒体３１にバイアス電圧印加回路４１より電圧を加え、
そのとき観察されるトンネル電流をトンネル電流検出回
路４２で読み出し、記録再生を行った。記録媒体３１と
マイクロティップ７の間隔制御、ｘ−ｙ方向の走査等の
駆動制御は駆動制御回路４３にて行う。これら回路のシ
ーケンス制御はＣＰＵ４４にて行う。図には示していな
いが、記録媒体保持部３２に組み込んだｘ−ｙステージ
による走査の機構としては、円筒型ピエゾアクチュエー
タ、平行バネ、作動マイクロメータ、ボイスコイル、イ
ンチウォームなどの制御機構を用いて行う。

【００５０】この装置にて、記録媒体３１にＨＯＰＧ
（グラファイト）板を用いて情報の記録再生を行った。
バイアス電圧印加回路４１にて２００ｍＶの直流電圧を
マイクロティップ７と記録媒体３１の間に加えた。この
状態で記録媒体３１に沿ってマイクロティップ７を走査
して、トンネル電流検出回路４２を用いて検出される信
号より表面観察を行った。スキャンエリアを０．０５μ
ｍ×０．０５μｍとして観察したところ、良好な原子像
を得ることができた。このようにＳＴＭの原理による動
作が確認され、情報の記録再生並びに表面観察動作が確
認された。

【００５１】本実施例の情報処理装置に対して、耐環境
試験の一例として、高温多湿の間欠バイアス試験を行っ
たところ、不良の発生はほとんど見られず、不良発生率
は、同様の素子に低塩素濃度の封止用エポキシ樹脂を用
いて封止を行ったものに対して数分の一〜数十分の一と
いう低い値を得た。

【００５２】このようにして耐環境性に優れた情報処理
装置を作製することができた。

【００５３】実施例２本実施例においても、図１に示したようなカンチレバー
型プローブを作製し、これを用いて図３に示したような
情報処理装置を作製した。

【００５４】まず、図１（ａ）に示したように、基板１
上に下部電極２を形成した。基板としては、Ｓｉ単結晶
上に後述する異方性エッチングのマスク層として、Ｓｉ
₃Ｎ₄を０．２μｍ堆積したものを用いた。

【００５５】下部電極２の材料としてはＡｕを用い、形
成方法としては抵抗加熱蒸着法を用いてＡｕを１００ｎ
ｍ堆積した。本実施例においては、Ａｕ成膜の前に同一
真空中で密着層となるＣｒを２ｎｍ堆積している。いず
れも基板加熱は行わず堆積した。

【００５６】続いて、図１（ｂ）に示したように、その
上に第一の圧電体膜３を形成した。第一の圧電体膜３
は、圧電材料としてはＡｌＮを用い、抵抗加熱蒸着法を
用いて成膜を行った。成膜条件は蒸発物質にＡｌを用
い、ＮＨ₃ガスを１０ｍｌ／ｍｉｎ．で基板付近に吹き
つけながら、基板温度２００℃として１．０μｍ堆積し
た。

【００５７】さらに、図１（ｃ）に示したように、その
上に中電極４、第二の圧電体膜５、上部電極６の順に連
続的に堆積して形成した。中電極４、上部電極６はいず
れも密着層を用いずに下部電極２と同一条件で形成し
た。また、第二の圧電体膜５は第一の圧電体膜３とまっ
たく同様にして形成した。

【００５８】その後、図１（ｄ）に示したように、通常
のフォトリソグラフィーにより不要部分を除去した後、
水酸化カリウム水溶液を用いて基板の異方性エッチング
により素子の片端部を除いて素子下部の基板を除去して
カンチレバー型変位素子を作製した。本実施例で作製し
たカンチレバー８の形状は、長さ５００μｍ、幅５０μ
ｍである。

【００５９】このようにして作製したカンチレバー型変
位素子の下部電極２と中電極４の間、あるいは中電極４
と上部電極６の間に±３Ｖの電圧を印加した場合に、カ
ンチレバー８の先端部は、図１の上下方向に±１．５μ
ｍ変位した。

【００６０】また、実施例１と同様にしてマイクロティ
ップ７を形成して、図１（ｅ）に示したようなカンチレ
バー型プローブを作製し、更に図３に示したような情報
処理装置を作製した。

【００６１】ただし、本実施例においては非接着部３７
はＳｉ基板３３側に、０．５ｍｍ×０．７５ｍｍの矩形
の穴をエッチングにより深さ０．０２ｍｍに、密度８個
／ｃｍ²で開けることにより作製した。

【００６２】このようにして作製した情報処理装置にお
いても、実施例１と同様の記録再生動作が確認された。

【００６３】また、実施例１と同様の耐環境試験を行っ
たところ、実施例１と同様の結果が得られ、高い耐環境
性が確認された。

【００６４】実施例３本実施例では、図２に示したようなカンチレバー型プロ
ーブを作製し、これを用いて情報処理装置を作製した。

【００６５】本実施例のカンチレバー型変位素子は、実
施例１〜２と異なり、圧電体膜が単層であり、かつ変位
を起こさせるため弾性体層が設けられた構造を持つもの
である。

【００６６】本実施例のカンチレバー型変位素子の作製
方法を以下に述べる。まず、図２（ａ）に示したよう
に、Ｓｉ単結晶基板１上に弾性体膜２１を形成した。弾
性体膜２１の材料としてはＳｉ₃Ｎ₄を用い、形成方法
としてはＣＶＤ法を用い、膜厚は０．２μｍとした。こ
れに続いてフォトリソグラフィー、ＣＦ₄によるドライ
エッチングにより、弾性体膜２１を所望の形状にパター
ニングを行った。

【００６７】続いて、図２（ｂ）に示したように、下部
電極２を形成した。下部電極２の材料としてはＰｔを用
い、形成方法としては高周波スパッタリング法を用い
た。形成条件はスパッタリングガスとして圧力０．５ｍ
ＴｏｒｒのＡｒガスを用い、高周波パワーを５００Ｗ、
基板加熱は行わず、膜厚を０．１μｍとして形成した。

【００６８】これに続いて、その上に圧電体膜３を形成
した。圧電体膜３は、圧電材料としてはＺｎＯを用い、
高周波マグネトロンスパッタ法を用いて成膜を行った。
成膜条件はターゲットにＺｎＯ焼結体を用い、ＡｒとＯ
₂を１：１の比で混合し、全圧を１５ｍＴｏｒｒとした
ガスの雰囲気中で基板温度２００℃としてスパッタリン
グを行い、０．３μｍ堆積した。さらに、その上に上部
電極６を堆積した。上部電極６は下部電極２とまったく
同様にして形成した。

【００６９】その後、図２（ｃ）に示したように、通常
のフォトリソグラフィーにより不要部分を除去した後、
水酸化カリウム水溶液を用いて、基板の異方性エッチン
グにより素子の片端部を除いて素子下部の基板を除去し
てカンチレバー型変位素子を作製した。本実施例で作製
したカンチレバー８の形状は、長さ５００μｍ、幅５０
μｍである。

【００７０】このようにして作製したカンチレバー型変
位素子の下部電極２と上部電極６の間に±３Ｖの電圧を
印加した場合に、カンチレバー８の先端部は図２の上下
方向に±１μｍ変位した。

【００７１】また、実施例１と同様にしてマイクロティ
ップ７を形成して、図２（ｄ）に示したようなカンチレ
バー型プローブを作製し、更に図６のようにして情報処
理装置を作製した。本実施例においては、光照射陽極接
合を行う際に、照射光５６を一部マスキングすることに
より選択的な装着を行い、非接着部３７を形成した。マ
スキングは、ガラス基板３５の接合を行う面と反対側の
面に、１ｍｍφの円形のマスク層６１を１０個／ｃｍ²
の密度で形成することで行った。マスク層６１としては
光を反射する薄膜であればよく、本実施例ではＡｕ薄膜
を用いた。その後で、実施例１とまったく同様にして陽
極接合を行った。このようにすることで、マスク層６１
の影になる部分が非接着部３７に、それ以外の部分が接
着部３６となる。

【００７２】このようにして作製した情報処理装置にお
いても、実施例１と同様の記録再生動作が確認された。

【００７３】また、実施例１と同様の耐環境試験を行っ
たところ、実施例１と同様の結果が得られ、高い耐環境
性が確認された。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、気
密性、耐久性に優れ、塩素発生の無い封止構造を持つこ
とにより、耐環境性に優れ、長期にわたって安定した特
性を発揮するカンチレバー型変位素子ユニット、カンチ
レバー型プローブユニット、及びそれを用いた情報処理
装置を非常に簡便な方法でかつ安価に提供することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられるカンチレバー型変位素子及
びカンチレバー型プローブの作製手順と概略の構成の一
例を示す断面図である。

【図２】本発明に用いられるカンチレバー型変位素子及
びカンチレバー型プローブの作製手順と概略の構成の他
の例を示す断面図である。

【図３】本発明の情報処理装置の概略の構成の一例を示
す断面図である。

【図４】本発明の情報処理装置の電気回路のブロック図
の一例である。

【図５】本発明の封止構造の形成方法の一例を説明する
ための図である。

【図６】本発明の封止構造の形成方法の他の例を説明す
るための図である。

【図７】従来例のカンチレバー型プローブの斜視図であ
る。

【図８】従来例のカンチレバー型プローブの断面図であ
る。

【符号の説明】

１基板２下電極３第一の圧電体膜４中電極５第二の圧電体膜６上電極７マイクロティップ８カンチレバー２１弾性体層３１記録媒体３２記録媒体保持部３３封止用Ｓｉ基板３４封止用Ｓｉ基板に設けた凹部３５封止用ガラス基板３６接合部における接着部３７接合部における非接着部４１バイアス電圧印加回路４２トンネル電流検出回路４３駆動制御回路４４ＣＰＵ５１アース電極５２プラテン５３陽極接合用直流電源５４針電極５５針電極５６照射光６１マスク層７１Ｓｉ基板７２ａ，７２ｂ２分割電極７３ＺｎＯ圧電体膜７４中電極７５ＺｎＯ圧電体膜７６ａ，７６ｂ２分割電極７７マイクロティップ７８引き出し電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本敬介東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者河田春紀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４−164841（ＪＰ，Ａ) 特開平１−253627（ＪＰ，Ａ) 特表平３−503463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/08 G01N 37/00 G01B 7/34 G11B 9/00 H01L 23/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体膜と、該圧電体膜を逆圧電効果に
より変位させるための電極とを積層してなるカンチレバ
ー型変位素子を、Ｓｉ基板とガラス基板とを陽極接合
し、該接合面内に、少なくとも１か所以上の非接着部分
を有する構造体の中に封止した構成を持つことを特徴と
するカンチレバー型変位素子ユニット。
【請求項２】前記陽極接合が、光を照射しながら前記
Ｓｉ基板とガラス基板に電界を印加する光照射陽極接合
であることを特徴とする請求項１記載のカンチレバー型
変位素子ユニット。
【請求項３】請求項１または２に記載のカンチレバー
型変位素子ユニットのカンチレバーの自由端部に、情報
入出力用のマイクロティップを設けた構成を持つことを
特徴とするカンチレバー型プローブユニット。
【請求項４】請求項３記載のカンチレバー型プローブ
ユニットの構造体の中に、該カンチレバー型プローブユ
ニットにより情報の記録再生を行うための記録媒体を設
けた構成を持つことを特徴とする情報処理装置。