JP3234722B2

JP3234722B2 - 円弧状反りレバー型アクチュエータ、該アクチュエータの駆動方法及び情報入出力用プローブを用いた情報処理装置

Info

Publication number: JP3234722B2
Application number: JP20960794A
Authority: JP
Inventors: 康弘島田; 勉池田; 岳彦川崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH0875758A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トーション梁に固定さ
れた円弧状反り微小変位レバー型プローブ並びにこれを
用いた走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）及び記録再生装
置等の情報処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来例の平板状レバー型プロー
ブの斜視図である。

【０００３】最近、導体の表面原子の電子構造を直接観
察できる走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと略す）
が開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、高
い分解能をもって単結晶、非晶質を問わず実空間像を測
定することができるようになった。しかも試料に電流に
よる損傷を与えずに低電力で観測できる利点も有し、更
に大気中でも動作し、種々の材料に対して用いることが
できるので、今後広範囲な応用が期待されている。ＳＴ
Ｍは金属のティップと導電性物質間に電圧を加えて１ｎ
ｍ程度の距離まで近づけると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
感である。トンネル電流を一定に保つようにティップを
走査することにより実空間の全電子雲に関する種々の情
報をも読み取ることができる。この際、面内方向の分解
能は０．１ｎｍ程度である。したがって、ＳＴＭの原理
を応用すれば十分に原子オーダー（サブ・ナノメート
ル）での高密度記録再生を行なうことが可能である。

【０００４】例えば、記録層として電圧電流のスイッチ
ング特性に対してメモリ効果を持つ材料、例えばπ電子
系有機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、
記録・再生をＳＴＭで行なう方法が提案されている［特
開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５
５３号公報］。この方法によれば、記録のビットサイズ
を１０ｎｍとすれば、１０¹²ｂｉｔ／ｃｍ²もの大容量
記録再生が可能である。

【０００５】ＳＴＭのほかにも、ティップを有するプロ
ーブで試料を観察する同様の技術として、原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ）、マクスウェル応力顕微鏡等があり、これ
らを総称して走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）という。

【０００６】更に、装置の小型化を目的とし半導体フォ
トリソプロセスを用いて複数のティップと極めて小型の
可動機構を半導体基板上に形成することがマイクロメカ
ニクス技術により検討されている。その可動機構に用い
る典型的な微小機械として静電カンチレバー、圧電バイ
モルフカンチレバー（ＵＳＰ４，９０６，８４０）等が
提案されている。これら微小機械は、半導体フォトリソ
プロセスにより作製されアレイ化、低コスト化が容易で
あり、小型化することで高速応答性を期待できる。特に
静電カンチレバーは、自己変位する圧電バイモルフカン
チレバーに比べ、静電引力により外部からの電圧印加に
て変位するために、サイズに比して大きな変位を行うこ
とが可能である。

【０００７】また、図７に示すように、両持ち梁上に形
成された平板部を、両持ち梁のねじれ弾性を利用して、
静電駆動させるタイプであるトーション梁型が考案され
るに至った（特開平４−１９４８）。この方法の一つの
利点は、カンチレバー型と異なりレバーのたわみ弾性と
梁のねじれ弾性を独立に設定できるので、剛性と共振周
波数に自由度のある微小変位レバーを作製することがで
きることである。第２の利点は、静電カンチレバーの場
合電圧を印加することによりレバーの先端が基板の方向
に変位するので対向する媒体との距離が制御しにくいの
に対し、この方法は電圧を印加することによりレバーの
先端が基板と反対方向に変位するため、媒体との距離が
制御しやすいことである。

【０００８】このようなトーション梁型微小変位レバー
は上記のような情報処理装置へ応用のほかに、光偏向器
や、微小機械スイッチへも応用される。マイクロメカニ
クス技術を用いた機械式光学素子である光偏向器として
はＫ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｅｎにより提案されたシリコン
によるＴｏｒｓｉｏｎａｌＳｃａｎｎｉｎｇＭｉｒ
ｒｏｒ（ＩＢＭＪ．ＲＥＳ．ＤＥＶＥＬＯＰ．，ＶＯ
Ｌ．２４，Ｎｏ．５，９，１９８０，ｐｐ６３１−６３
７）等がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなトーショ
ン梁型微小変位レバーには通常平面の板状駆動部が使用
されてきた。しかし、板状駆動部が平面である場合、以
下のような問題点がある。（１）制御可能な可動範囲が小さい、すなわち変位量が
小さい。（２）レバーと基板との間に空隙を設ける作製工程にお
いて、空隙の大きさが小さいので、レバーと基板が接触
して離れなくなる現象が生じ易く、したがって作製歩留
りが小さい。

【００１０】以上の問題点により、本発明の目的は、レ
バー先端部の変位量が大きく、レバーと基板との間に空
隙を設ける作製工程における歩留りが大きい、円弧状反
りを有するトーション梁型微小変位レバーを備えたプロ
ーブを提供すること並びにこのようなプローブを利用し
た操作能率のよい走査型プローブ顕微鏡及び記録再生装
置等の情報処理装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、第１に、基板上方のねじれ弾性を持った水平梁に
揺動可能に固定され、基板との間に空隙を有する微小変
位レバーと、該微小変位レバーを揺動させるための静電
駆動手段とを有するアクチュエータにおいて、微小変位
レバーの静電駆動用の電極に対向した部分の少なくとも
一部が水平梁に平行な軸線を中心とする円弧状に予め反
っていることを特徴とする円弧状反りレバー型アクチュ
エータであり、第２に、基板上方のねじれ弾性を持った
水平梁に揺動可能に固定され、基板との間に空隙を有す
る圧電体を備える微小変位レバーと、該微小変位レバー
を揺動させるための静電駆動手段とを有するアクチュエ
ータの駆動方法において、圧電体により微小変位レバー
の静電駆動用の電極に対向した部分の少なくとも一部を
水平梁に平行な軸線を中心とする円弧状に反らしたうえ
で、静電駆動手段により微小変位レバーを揺動させるこ
とを特徴とするアクチュエータの駆動方法であり、第３
に、第１のアクチュエータを含む情報入出力用のプロー
ブにおいて、微小変位レバー上に情報入出力用のティッ
プが取り付けられている情報入出力用のプローブであ
り、第４に、第３のプローブ、該プローブの制御手段、
ティップと観察すべき試料との距離を調節する手段およ
びティップと試料の間に電圧を印加する手段を備えた情
報処理装置であり、第５に、第３のプローブ、該プロー
ブの制御手段、ティップと記録媒体との距離を調節する
手段およびティップと記録媒体の間に電圧を印加する手
段を備えた情報処理装置であり、第６に、微小変位レバ
ーの先端に情報入出力用のティップを取り付け、上記ア
クチュエータの駆動方法を用いてティップと記録媒体或
は観察すべき試料との距離を調整しつつ記録媒体への情
報の記録及び再生、或は試料の観察を行うことを特徴と
する情報処理装置である。

【００１２】以上が本発明の構成要素であり、その詳細
及び作用については以下に説明する。

【００１３】なお、「アクチュエータ」は、「レバー」
＋「梁」＋「支持部」＋「その他電極等の駆動手段」で
構成され、「プローブ」は、「アクチュエータ」＋「テ
ィップを含めた情報入出力手段」で構成される。そこ
で、以降の説明においては、「アクチュエータ」、「プ
ローブ」の両者を併行して行うことの繁雑さを避けるた
め、主として「プローブ」について説明する。

【００１４】

【作用】本発明の請求項１によるアクチュエータ及び請
求項３によるプローブは、レバーが円弧状に反っている
ので、従来技術による上下電極間への電圧印加によるレ
バー後端部が下電極へ引き寄せられ梁がねじれレバー全
体が両持ち梁６の軸回りに搖動しレバー先端に設けられ
たティップが試料に接近すると、従来法に比しレバーの
駆動範囲が大きく、レバー先端と基板間の隙間が大きく
なる結果プローブ作製工程における歩留りが向上した。

【００１５】本発明の請求項２によるアクチュエータの
駆動方法は、当初レバーが平板上であるが、圧電体をも
備えることにより、レバーの一部に円弧状に反りを生じ
させる。そのうえで、静電駆動手段により、微小変位レ
バーを揺動させる。

【００１６】また、上述の隙間が大きくなることによ
り、これを走査型顕微鏡等に利用する場合、対象試料の
範囲を大きくとれるので操作能率を向上させ得る。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】図１は、本発明の情報入出力用プローブ０
の一実施例の斜視図、図２の、（ａ）は、図１の情報入
出力用ティップ９を通りかつ梁６に垂直な平面に沿った
断面図、（ｂ）は、（ａ）が静電駆動された状態を示す
断面図、図３の、（ａ）は、レバーの反り量Δｄが異な
る複数のプローブについて、反り量と最大回転角との関
係を示す実験データのグラフ、（ｂ）は、そのレバーの
サイズ等を示す図である。

【００１９】図１を参照すれば、トーション型レバーを
有するプローブ０において、絶縁層２上に下電極３を形
成したシリコン基板１に空隙４をもって中空構造のレバ
ー５が形成されている。レバー５は両持ちの梁６に固定
され、この梁６は支持部７に固定、支持されている。レ
バー５の一部に外力を加えられたとき梁６にねじり応力
を与えレバー５は梁６を軸心とする搖動が可能な構造で
ある。レバー５上には静電駆動用の上電極８、情報入出
力用ティップ９、情報入出力用配線１０が形成してあ
る。レバー５が円弧状に反っていることが本発明の特長
とするところである。本プローブ０は梁６の幅５μｍ、
長さ５０μｍとし、レバー５の長さを２００μｍ、幅の
長さを１００μｍとした。レバー５の形状は長手方向に
円弧状に反っており、梁６の位置におけるレバー反り量
を０μｍとしたときに、レバー後端部の反り量は２μｍ
である。

【００２０】次に本発明のプローブ０の製造方法につい
て略述する。

【００２１】微小変位レバー５は、半導体プロセス技術
と薄膜作製技術を用いて形成される。まず、基板１上に
下電極３を作製する。次に、レバー５、上電極８、梁６
及びその支持部７を作製する。最後に、レバー５を中空
構造にする。レバー５を中空構造にするための方法に
は、エッチング方法や、第２の基板上に作製したレバー
５を基板１のレバー支持部７に転写する方法等による。

【００２２】下電極３、上電極８、レバー５、梁６の形
成方法としては、従来公知の技術の真空蒸着法やスパッ
タリング法、化学気相成長法等の薄膜作製技術やフォト
リソグラフ技術及びエッチング技術による。

【００２３】レバーを反らせるには、薄膜プロセスによ
りレバーを作製する際に、レバーの膜厚方向に応力差を
生ずるようにすることによって、レバーと基板との空隙
を作製した際にレバーを反らせるものである。これに
は、応力の異なる複数の膜を積層する方法や、単層でも
成膜条件により膜厚方向に応力分布を作る方法などがあ
る。

【００２４】本実施例においてはレバー５として酸化シ
リコンをスパッタリング法により１０００ｎｍ堆積した
上に、クロム層（８ａ）を５０ｎｍ、金層（８ｂ）をス
パッタリング法により１５０ｎｍ堆積しすることにより
膜厚方向に応力分布を作った。

【００２５】上記作製方法にて作製した結果、レバー後
端部の反り量は２μｍであり、駆動可能な変位量は１７
μｍであった。これは反りのない従来法の変位量９μｍ
と比較しておよそ２倍である。また、レバーの中空部作
成工程における従来方法による歩留りは６０％であった
が、本実施例による歩留りは９５％以上であった。

【００２６】次に、本発明のプローブの動作について説
明する。

【００２７】プローブ０の駆動方法は、下電極３への電
圧印加によってレバー５の後端部が下電極３に引き寄せ
られ、梁６がねじれることにより、レバー５全体が両持
ち梁６の軸回りに搖動し、レバー５先端に設けられたテ
ィップ９が試料１４に接近する方法である。すなわち図
２の（ａ）の状態から（ｂ）の状態に変化する。

【００２８】上記のような静電力により駆動するトーシ
ョン型レバーは、電圧を増加させるにつれて回転角が大
きくなるという原理に基づいている。しかし、ある電圧
以上になると上電極８が下電極３に急激に引きつけられ
て、レバー５と基板１が接触しレバー５の反り量と梁６
の制御困難になるという現象が起こる。そこで、レバー
５の反り量と梁６の最大回転角との関係を実験した。そ
の実験値を図３（ａ),（ｂ）に示す。レバー５の材料、
梁６の長さ、幅、レバー５と基板１とのギャップを本実
施例と同一条件とし、後端部反り量Δｄμｍを異なる複
数のプローブによった。その結果、レバー５の反りの大
きい方が駆動範囲が大きいことが裏付けられた。

【００２９】次に、第２の実施例について説明する。

【００３０】図４の、（ａ）は、第２の実施例のプロー
ブ２０で、図２（ａ）の場合と同様な方向の断面図、
（ｂ）は、（ａ）が駆動電圧を受けて、レバーの左半部
に円弧状反りが生じた状態を示す断面図、（ｃ）は、
（ｂ）が静電駆動された状態を示す断面図である。

【００３１】なお、プローブ２０の各部の参照番号は、
第１の実施例のプローブ０の同名の各部の参照番号と同
一のものとした。

【００３２】図４（ａ）を参照すれば、プローブ２０に
は、基板１上に静電駆動用の下電極３が形成され、それ
を含む上部に絶縁層が形成されている。この基板１の上
方に空隙４をもってレバー５が形成されている。このレ
バー５は、両持ちの梁６に固定されこの梁６は支持部７
に固定、支持されている。レバー５の一部に外力が加え
られたとき、梁６にねじり応力を与えレバー５は梁６を
軸心とする搖動が可能である。レバー５上には静電駆動
及び圧電駆動を行うための中電極１１、圧電駆動を行う
ための上電極８及び圧電体１２、情報入出力用ティップ
９、情報入出力用配線１０が形成してある。

【００３３】本実施例においてはレバー５として酸化シ
リコンをスパッタリング法により１０００ｎｍ堆積し、
中電極１１としてアルミニウム（Ａｌ）を１００ｎｍ、
圧電体１２として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を５００
ｎｍ堆積し、さらに上電極８及び情報入出力用配線１０
としてクロムを５ｎｍ、金を１００ｎｍ堆積することに
より圧電駆動を可能とした。

【００３４】このプローブ２０の動作について説明す
る。

【００３５】レバーの駆動方法は、先づ上電極８、中電
極１１間の圧電駆動、次に中電極１１、下電極３間の静
電駆動の２段階で行なわれる。上電極に電圧を加えない
場合は図４（ａ）のようにレバー５が平板状である。先
づ、圧電体１２をはさむ上電極８と中電極１１の間に電
圧を印加する。具体的には中電極１１を０電位とし、上
電極８に駆動電圧を加えることにより、図４（ｂ）のよ
うにレバー５の左半部を所望の曲率に反らせる。次に、
中電極１１と下電極３間に静電圧印加によってレバー５
の後端部が下電極３に引き寄せられ、梁６がねじれるこ
とにより、図４（ｃ）に示すようにレバー５全体が両持
ち梁６を軸心として搖動し、レバー５先端に設けられた
情報入出力用ティップ９が試料１４に接近し、情報の入
出力が行なわれる。上述の圧電駆動と静電駆動は、僅か
な時間差をもって行なわれる。

【００３６】本実施例のプローブ２０は梁６の幅５μ
ｍ、長さ５０μｍとし、レバー５長手方向を２００μ
ｍ、幅の長さを１００μｍとした。本実施例に上電極８
に５Ｖの電圧を印加することにより梁６の位置のレバー
反り量を０μｍとしたときのレバー後端部の反り量が２
μｍとなり、この時の駆動可能な変位量は１７μｍとな
った。これは反りのないときの変位量９μｍと比較して
およそ２倍である。

【００３７】なお、薄膜の反り量は、温度や湿度等の環
境の変化に対して微妙に変化しやすい。したがって、曲
率の経時変化に対応して、常に適正な曲率を保持する必
要がある。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の上電極８の電
位を制御することにより、レバー５の曲率半径を一定に
保つことが可能である。駆動に際しては、あらかじめレ
バーを一定の曲率にして駆動させる方法と、レバーの変
位に追従させてユニモルフを駆動させる方法がある。

【００３８】次に、実施例１のプローブを使用した情報
処理装置の一実施例について説明する。

【００３９】図５は、第１の実施例のプローブ（便宜
上、参照番号１００にて示す。）を用いた本発明の走査
型プローブ顕微鏡の構成例を示すブロック図である。プ
ローブ１００のレバー１０２を形成したシリコン基板１
０１と、シリコン基板１０１をＺ方向に駆動する粗動用
圧電素子１０５、粗動用圧電素子１０５及びレバー１０
２を試料表面に接近させる接近機構１１１４、表面観察
する導電性の試料１０３、試料１０３をＸＹ方向に微動
するＸＹ微動機構１０４が示されている。

【００４０】次に、本実施例の動作を説明する。接近機
構１１４は、Ｚ方向の移動ステージからなり、手動また
はモーターにより、レバー１０２のティップが試料１０
３の表面に粗動用圧電素子１０５のストローク内に入る
ように接近させる。その際、顕微鏡を用いて、目視によ
り接近の程度をモニターするか、もしくはレバー１０２
にサーボをかけた状態でモーターにより自動送りを行
い、ティップと試料間にトンネル電流が流れるのを検出
した時点で接近を停止する。試料１０３の観察時には、
バイアス回路１０６によりバイアス電圧をかけられた試
料１０３とティップとの間に流れるトンネル電流をトン
ネル電流検出回路１０７により検出し、Ｚ軸方向サーボ
回路１１０を通してティップと試料表面の平均距離が一
定となるようにレバー１０２をＺ方向に制御している。
その状態でレバー１０２をＸＹ位置制御回路１０９でＸ
Ｙ方向に走査することにより試料表面の微小な凹凸によ
り変化したトンネル電流が検出され、それを制御回路１
１２に取り込み、ＸＹ走査信号に同期して処理すればコ
ンスタントハイトモードのＳＰＭ像が得られる。ＳＰＭ
像は、画像処理、たとえば２次元高速フリエ変換（ＦＦ
Ｔ）などの処理をしてディスプレイ１１３に表示され
る。その際、レバー１０２のＺ方向のクロストークが小
さいので、装置の温度ドリフト、試料１０３の表面の凹
凸、傾きが大きいと追従できなくなるため、粗動用圧電
素子１０５を用いてトンネル電流検出回路１０７の信号
をＺ方向粗動駆動回路１１１を通して、０．０１〜０．
１Ｈｚ程度の領域のフィードバックを行い、Ｚ方向の大
きな動きに追従するように制御している。また観察場所
を変えるときは、試料側のＸＹ微動機構１０４をＸＹ微
動駆動回路１１５によりＸＹ方向に移動させ、所望の領
域にティップが来るようにして観察を行う。

【００４１】本実施例のように、トーション型レバーを
有するプローブを備えた走査型トンネル顕微鏡を使用す
ると、従来よりも表面の凹凸の大きなサンプルの観察が
可能となり、また、走査異常時の衝突にプローブ破壊の
可能性が小さくなった。

【００４２】次に、実施例１のプローブを使用した情報
処理装置の第２の実施例について説明する。

【００４３】図６は、第１の実施例のプローブ（便宜
上、参照番号２００にて示す。）を用いた本発明の記録
再生装置の構成例を示すブロック図である。プローブ２
００のシリコン基板２０１上には、本発明の第１実施例
によるプローブ０が複数配置されており、それぞれのプ
ローブは梁２０２によって基板２０１上に支持されたレ
バー２０３を有し、レバー先端にはティップ２０４を具
備している。ティップ２０４は、情報記録用の記録媒体
２０５と対向する様に配置してある。下地電極２０６
は、媒体とティップとの間に電圧を印加するための電極
である。記録媒体２０５は、トンネル電流用ティップ２
０４から発生するトンネル電流により記録媒体２０５表
面の形状を凸型（Ｓｔａｕｆｅｒ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，５１（４），２７，Ｊｕｌｙ，１
９８７，ｐ２４４参照）または凹型（Ｈｅｉｎｚｅｌｍ
ａｎｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏ
ｌ．５３，Ｎｏ．２４，Ｄｅｃ．，１９８８，ｐ２４４
７参照）に変形することが可能な金属、半導体、酸化
物、有機薄膜、あるいは前記トンネル電流により電気的
性質が変化（たとえば電気的メモリー効果を生ずる）す
る有機薄膜等よりなる。電気特性が変化する有機薄膜と
しては、特開昭６３−１６１５５２号公報に記載された
材料が使用され、ラングミュア・プロジェット膜よりな
るものが好ましい。

【００４４】例えば石英ガラス基板の上に下地電極２０
６として真空蒸着法によってクロムを５ｎｍ堆積させ、
さらにその上に金を３０ｎｍ同法により蒸着したものを
用い、その上にＬＢ法によってスクアリリウム−ビス−
６−オクチルアズレン（ＳＯＡＺ）を４層積層したもの
等を用いる。データ変調回路２０８は記録すべきデータ
を記録に適した信号に変調する。記録電圧印加装置２０
９はデータ変調回路２０８で変調された信号を記録媒体
２０５とティップ２０４の間に電圧を印加することで記
録媒体２０５上に記録する。ティップ２０４を記録媒体
２０５に所定間隔まで近づけ記録電圧印加装置２０９に
よって例えば３Ｖ、幅５０ｎｓの矩形状パルス電圧を印
加すると、記録媒体２０５が特性変化を起こし電気抵抗
の低い部分が生じる。Ｘ−Ｙステージ２０７を用いて、
この操作をティップ２０４で記録媒体２０５面上で走査
しながら行うことによって情報の記録がなされる。図示
してないが、Ｘ−Ｙステージ２０７による走査の機構と
しては、円筒型ピエゾ微小変位素子、平行ばね、差動マ
イクロメーター、ボイスコイル、インチウオーム等の制
御機構を用いて行う。

【００４５】記録信号検出回路２１０は、ティップ２０
４と記録媒体２０５との間に電圧を印加して両者間に流
れるトンネル電流を検出する。データ復調回路２１１
は、記録信号検出回路２１０の検出したトンネル電流信
号を復調する。再生時にはティップ２０４と記録媒体２
０５とを所定間隔にし記録電圧より低い、例えば２００
ｍＶの直流電圧をティップ２０４と記録媒体２０５間に
加える。この状態で記録媒体２０５上の記録データ列に
沿ってティップ２０４にて走査中に記録信号検出回路２
１０を用いて検出されるトンネル電流信号が記録データ
信号に対応する。従って、この検出したトンネル電流信
号を電流電圧変換して出力してデータ復調回路２１１で
復調することにより再生データ信号が得られる。

【００４６】ティップ高さ検出回路２１２は記録信号検
出回路２１０の検出信号を受け、情報ビットの有無によ
る高周波の振動成分をカットして残った信号を処理し、
この残りの信号値が一定になる様にティップ２０４を上
下動制御させるためにｘ，ｚ軸駆動制御回路２１３に命
令信号を発信する。これによりティップ２０４と媒体２
０５との間隔が略一定に保たれる。

【００４７】トラック検出回路２１４は、ティップ２０
４で記録媒体２０５上を走査する際にティップ２０４の
データがこれに沿って記録されるべき経路、あるいは記
録されたデータ列からのずれを検出する回路である。

【００４８】以上の回路２０８、装置２０９、および回
路２１０ないし回路２１４の諸回路で記録再生用回路２
１５を形成する。

【００４９】記録再生ヘッドにおいては、記録再生用回
路２１５が記録媒体に対向する複数のティップ及びその
駆動機構それぞれに１つずつ設けられており、各ティッ
プによる記録、再生、各ティップの変位制御（トラッキ
ング、間隔調整等）等の要素を独立して行っている。

【００５０】本実施例による記録再生装置を用いること
により、トーション型レバーを用いたプローブにおい
て、駆動制御変位量を大きく取ることができるために、
従来と比較して凹凸の大きな記録媒体を使用することが
可能となり、また、走査異常時の衝突によるプローブ破
壊の可能性が小さくなった。

【００５１】なお、以上の図５、図６の説明には、いず
れも実施例１のプローブを用いた場合を示してあるが、
それぞれ、実施例２のプローブを用いてもよいことは云
うまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、微小変位
レバーの少なくとも一部が円弧状に反っている構造を有
するか、または圧電駆動時に円弧状に反るよう、中電極
および圧電体をも備えた構造とすることにより、先端部
の変位量が大きく、したがってレバーと基板との間に空
隙を設ける作製工程における歩留りが大きいかつプロー
ブを利用する際の対象試料の範囲の大きい、円弧状反り
レバー型プローブ並びにこのプローブを用いた操作能率
のよい走査型プローブ顕微鏡および記録再生装置等情報
処理装置を提供することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報入出力用プローブ０の一実施例の
斜視図である。

【図２】（ａ）は、図１の情報入出力用ティップ９を通
りかつ梁６に垂直な平面に沿った断面図、（ｂ）は、
（ａ）が静電駆動された状態を示す断面図である。

【図３】（ａ）は、レバーの反り量Δｄが異なる複数の
プローブについて、反り量と最大回転角との関係を示す
実験データのグラフ、（ｂ）は、そのレバーのサイズ等
を示す図である。

【図４】（ａ）は、第２の実施例のプローブ２０で、図
２（ａ）の場合と同様な方向の断面図、（ｂ）は、
（ａ）が駆動電圧を受けて、レバーの左半分に円弧状反
りが生じた状態を示す断面図、（ｃ）は、（ｂ）が静電
駆動された状態を示す断面図である。

【図５】第１の実施例のプローブを用いた本発明の走査
型プローブ顕微鏡の構成例を示すブロック図である。

【図６】第１の実施例のプローブを用いた本発明の記録
再生装置の構成例を示すブロック図である。

【図７】従来例の平板状レバー型プローブの斜視図であ
る。

【符号の説明】

０，２０，１００，２００プローブ１，１０１，２０１シリコン基板２絶縁層３，２０６下電極４空隙５，１０２，２０３レバー６，２０２梁７支持部８上電極８ａ白金層８ｂクロム層９，２０４情報入出力用ティップ１０情報入出力用配線１１中電極１２圧電体１３ボロンリンシケートガラス（ＢＰＳＧ）１４，１０３試料１０４ＸＹ微動機構１０５粗動用圧電素子１０６バイアス回路１０７トンネル電流検出回路１０９ＸＹ位置制御回路１１０Ｚ方向サーボ回路１１１Ｚ方向粗動駆動回路１１２制御回路１１３ディスプレイ１１４接近機構１１５ＸＹ微動駆動回路２０５記録媒体２０７ＸＹステージ２０８データ変調回路２０９記録電圧印加装置２１０記録信号検出回路２１１データ復調回路２１２ティップ高さ検出回路２１３Ｘ，Ｚ軸駆動制御回路２１４トラック検出回路２１５記録再生回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ１２Ｂ 21/04 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｂ 21/08 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１ＤＨ０１Ｌ 21/66 ６０１Ｂ 41/09 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｍ (56)参考文献特開平４−1948（ＪＰ，Ａ) 特開平５−83487（ＪＰ，Ａ) ＫｕｒｔＥＰｅｔｅｒｓｅｎ, “ＳｉｌｌｉｃｏｎＴｏｒｓｉｏｎａｌＳｃａｎｎｉｎｇＭｉｒｒｏｒ”，ＩＢＭＪｏｕｒｎａｌｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＵＳ，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＢｕｓｉｎｅｓｓＭａｃｈｉｎｅｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ, 1980，Ｖｏｌ．24，Ｎｏ．５，ｐｐ. 631−637 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 G01B 21/30 G11B 9/02 H01L 21/66 H01L 41/09 G01B 7/34 G01B 11/30 H01J 37/28 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上方のねじれ弾性を持った水平梁に
揺動可能に固定され、前記基板との間に空隙を有する微
小変位レバーと、該微小変位レバーを揺動させるための
静電駆動手段とを有するアクチュエータにおいて、前記微小変位レバーの静電駆動用の電極に対向した部分
の少なくとも一部が前記水平梁に平行な軸線を中心とす
る円弧状に予め反っていることを特徴とする円弧状反り
レバー型アクチュエータ。
【請求項２】基板上方のねじれ弾性を持った水平梁に
揺動可能に固定され、前記基板との間に空隙を有する圧
電体を備える微小変位レバーと、該微小変位レバーを揺
動させるための静電駆動手段とを有するアクチュエータ
の駆動方法において、前記圧電体により前記微小変位レバーの静電駆動用の電
極に対向した部分の少なくとも一部を前記水平梁に平行
な軸線を中心とする円弧状に反らしたうえで、前記静電
駆動手段により前記微小変位レバーを揺動させることを
特徴とするアクチュエータの駆動方法。
【請求項３】請求項１記載のアクチュエータを含む情
報入出力用のプローブにおいて、前記微小変位レバー上に情報入出力用のティップが取り
付けられている情報入出力用のプローブ。
【請求項４】請求項３記載のプローブ、該プローブの
制御手段、前記ティップと観察すべき試料との距離を調
節する手段および前記ティップと前記試料の間に電圧を
印加する手段を備えた情報処理装置。
【請求項５】請求項３記載のプローブ、該プローブの
制御手段、前記ティップと記録媒体との距離を調節する
手段および前記ティップと前記記録媒体の間に電圧を印
加する手段を備えた情報処理装置。
【請求項６】前記微小変位レバーの先端に情報入出力
用のティップを取り付け、請求項２記載のアクチュエー
タの駆動方法を用いて前記ティップと記録媒体或は観察
すべき試料との距離を調整しつつ前記記録媒体への情報
の記録及び再生、或は前記試料の観察を行うことを特徴
とする情報処理装置。