JP3234952B2

JP3234952B2 - プローブユニット及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置

Info

Publication number: JP3234952B2
Application number: JP25590991A
Authority: JP
Inventors: 康弘島田; 隆行八木; 優中山; 修高松
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH0566107A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
（以後、ＳＴＭと称す。）及びその手法により情報の記
録及び再生等を行うカンチレバーを備えたプローブユニ
ット、及びそれを用いた記録、再生等を行える情報処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＳＴＭの手法を用いて、半導体あ
る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，Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓｏｆ４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｃａｎｎｉｎｇ
ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／Ｓｐｅ
ｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ１３−３）、及び記録
装置等の様々な分野への応用が研究されている。

【０００３】なかでも、コンピューターの計算情報や映
像情報等では大容量を有する記録装置の要求が益々高ま
っており、さらに、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こと
から記録装置の小型化が望まれている。

【０００４】これらの要求を満たす目的で、記録媒体と
の間隔が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仕事関数を変化させ、情報の書
き込みをし、また、仕事関数の変化によるトンネル電流
の変化を検知して、情報の読み出しを行う、最小記録面
積が１０ｎｍ平方となる記録再生装置が提案されてい
る。

【０００５】かかる記録再生装置においては、半導体基
板上に作製されたカンチレバーの上面自由端部にトンネ
ル電流発生用プローブを配置し、該カンチレバーを変位
させることにより記録媒体との間隔を微調整する手段が
考えられる。

【０００６】半導体基板上のカンチレバーの製造方法に
関しては、加工精度が高く、容易に３次元構造体の得ら
れるシリコンの異方性エッチングを利用したカンチレバ
ーの製造方法が知られている。（たとえばＰ．Ｍ．Ｓａ
ｒｒｏａｎｄＡ．Ｗ．Ｖａｎｈｅｒｗａａｄｅｎ
“ＳｉｌｉｃｏｎＣａｎｔｉｌｅｖｅｒＢｅａｍ
ｓＦａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＥｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＥｔｃｈｉ
ｎｇｆｏｒＳｅｎｓｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ”Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．：Ｓｏｌｉ
ｄ−ＳｔａｔｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙＶｏｌ．１３３，Ｎｏ．８ｐｐｌ７２４−１
７２９Ａｕｇｕｓｔ１９８６）。

【０００７】この方法は、Ｓｉ（１００）基板表面及び
裏面に異方性エッチング液に対するエッチング耐性を持
った物質の層を設け、表面をカンチレバー形状に加工す
るとともに、Ｓｉ（１００）基板に所望の大きさの正方
形あるいは長方形貫通穴が得られるようにＳｉ（１０
０）基板裏面にエッチング用開口部を作製し、異方性エ
ッチング液により裏面からＳｉ基板をエッチングしてカ
ンチレバーを形成する方法である。

【０００８】この方法をＳＴＭのトンネル電流検出用プ
ローブ駆動用のカンチレバーに適用するには、あらかじ
めＳｉ（１００）基板裏面からの異方性エッチングによ
り基板表面に２０〜３０μｍ厚のＳｉメンブレンを作製
し、その後メンブレン上にカンチレバー駆動のための圧
電体等の構造体を作製し、最後に残りのＳｉ基板を裏面
からエッチングする。駆動のための圧電体としてＺｎＯ
等Ｓｉ異方性エッチング液（アルカリ）耐性のない物質
を用いる際には優れた方法といえる。

【０００９】なお、途中工程でのＳｉメンブレンの厚さ
を厚くした場合、後工程でのＲＩＥによるＳｉメンブレ
ン除去が結晶方位に対して等方的なエッチング方法であ
るため、基板表面における貫通穴の寸法精度がでない。
そこでＳｉメンブレンの厚さは２０〜３０μｍ程度が妥
当である。

【００１０】従来技術によるカンチレバーを図５、及び
その作製プロセスを図６に示す。まず結晶方位（１０
０）面を主面とする両面研磨したシリコン基板１の両面
に窒化シリコン等のマスク層２を成膜する（図６
（ａ））。次に、基板１の裏面のマスク層２をパターニ
ングし、Ｓｉ結晶異方性エッチングにより２０μｍ厚の
Ｓｉメンブレン３を形成する（図６（ｂ））。さらに、
基板１の表面にカンチレバー駆動のための構造体（たと
えば圧電体５，６と電極７，８，９の積層からなる圧電
体バイモルフ構造）及びトンネル電流用探針１０等を形
成する（図６（ｃ），（ｄ））。最後に、Ｓｉメンブレ
ン３を除去し、基板表面マスク層２を除去してカンチレ
バーを形成する（図６（ｅ））。なお、パターン形成は
通常のフォトリソグラフ工程にて行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のカンチレバーにおいては、作製プロセスの途中段階で
２０〜３０μｍ厚という薄いＳｉメンブレンを作製する
ため、フォトリソグラフ工程のマスクアライメント時に
行われるウエハーの真空チャックでＳｉメンブレンがた
わみ、カンチレバーの作成プロセスにおけるフォトリソ
グラフ工程の露光時のパターン解像度低下の原因とな
る。そこで本発明の目的は、上述の従来法の問題点であ
る、メンブレンのたわみの影響によるカンチレバーの作
成プロセスにおけるフォトリソグラフ工程の露光時のパ
ターン解像度が低下し、ひいてはカンチレバーの製造精
度が低下するのを防止すると共に、より小型で且つ高密
度、高集積化されたプローブユニット及びこれを用いた
走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するための本発明の構成は以下の通りである。

【００１３】第１に、情報入出力用のプローブ、圧電体
薄膜および該圧電体薄膜の駆動電極を有するカンチレバ
ーを、単結晶シリコン基板に異方性エッチングにより形
成された正方形あるいは長方形状の貫通穴上に設けたプ
ローブユニットであって、前記貫通穴の表面開口部面積
は２．５×１０^-5平方メートル以下であると共に前記貫
通穴には複数のカンチレバーが配置されているプローブ
ユニット、としている点にある。

【００１４】第２に、前記第１に記載のプローブユニッ
ト、前記カンチレバーを変位させるための駆動手段、該
駆動手段を制御するための制御手段、前記プローブと観
察すべき試料との距離を調整する手段及びプローブと試
料の間に電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特
徴とする走査型トンネル顕微鏡であり、第３に、前記第
１に記載のプローブユニット、前記カンチレバーを変位
させるための駆動手段、該駆動手段を制御するための制
御手段、前記プローブと記録媒体との距離を調整する手
段及びプローブと記録媒体の間に電圧を印加する電圧印
加手段を備えたことを特徴とする情報処理装置であり、
第４に、前記第３に記載の電圧印加手段が、パルス電圧
印加手段であることを特徴とする情報処理装置であり、
第５に、前記第３に記載の電圧印加手段が、バイアス電
圧印加手段であることを特徴とする情報処理装置であ
り、第６に、前記第２に記載の制御手段が、試料とプロ
ーブとの間に流れるトンネル電流の検出結果に基づき、
前記カンチレバーを変位させるためのバイアス電圧を変
化させ、その信号をカンチレバーを構成する電極に付与
するものであることを特徴とする走査型トンネル顕微鏡
であり、第７に、前記第３に記載の制御手段が、記録媒
体とプローブとの間に流れるトンネル電流の検出結果に
基づき、前記カンチレバーを変位させるためのバイアス
電圧を変化させ、その信号をカンチレバーを構成する電
極に付与するものであることを特徴とする情報処理装置
であり、第８に、前記第３に記載の記録媒体が電気メモ
リー効果を有することを特徴とする情報処理装置であ
り、第９に、前記第３に記載の記録媒体の表面が非導電
性であることを特徴とする情報処理装置である。

【００１５】以上が本発明の構成要素であり、その詳細
及び作用について以下に説明する。本発明による該カン
チレバーはその作製プロセスの途中段階で２０〜３０μ
ｍ厚という薄いＳｉメンブレンを作製するため、フォト
リソグラフ工程のマスクアライメント時に行われるウエ
ハーの真空チャックでＳｉメンブレンがたわみ、メンブ
レン上のパターン解像度が低下する。仮にＳｉメンブレ
ンの形状が正方形であるとすると、Ｓｉメンブレンの撓
み量ｈは、エネルギー最小原理より、正方形の一辺の長
さａ，真空チャックの圧力ｐ，Ｓｉメンブレンの厚さ
ｔ，Ｓｉのヤング率Ｅ，係数Ｃ，を用いて次式で表され
る（計測と制御Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．６．１９８９．
６）。

【００１６】

【数１】解像線幅を±２μｍとするとＳｉメンブレンの撓み量ｈ
の許容量は２０μｍ程度である。また、現在通常用いら
れているマスクアライナーの真空チャック圧力ｐは１０
ｃｍＨｇ程度であり、Ｓｉメンブレンの厚さｔは２０〜
３０μｍである。この関係と実験データより必要な係数
Ｃを決定し、必要な面積ａ² の大きさを求めると２５ｍ
ｍ² 以下となった。Ｓｉメンブレンの形状が長方形であ
る場合、その最大たわみ量は、同一面積の正方形の最大
たわみ量よりも小さいはずであり、その面積を２５ｍｍ
² 以下とすれば撓み量ｈは許容量以下となる。このよう
にＳｉメンブレンの面積を限定することにより、解像度
の低下を精度内に納めることができる。

【００１７】高密度記録媒体に対して情報処理を高速で
行う小型の情報処理装置においては、プローブをマルチ
化・集積化する必要がある。貫通穴上に単数のプローブ
しかない場合、基板裏面エッチング孔に必要な面積が大
きくなるため、小型の情報処理装置には適さない。そこ
で貫通穴上に複数のプローブを備えた形態が考えられ
る。

【００１８】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明す
る。なお、実施例２以外は参考例である。

【００１９】（実施例１）図１は本実施例によるプローブユニットの図である。

【００２０】カンチレバーの寸法は、縦が５００μｍ、
横が１５０μｍである。

【００２１】作製プロセスは従来例に従う。まず結晶方
位（１００）面を主面とする両面研磨したｎ型シリコン
基板１（厚さ５２５μｍ）の両面に、ＬＰＣＶＤ法によ
り窒化シリコン２を２０００Å成膜した（図６
（ａ））。次に、基板１の裏面の窒化シリコン２を基板
裏面エッチング開口部の形状にパターニングした。パタ
ーニングにはポジ型フォトレジストＡｚ１３７０（ヘキ
スト社製）を用い、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ
法）でＣＦ₄ ガスにて窒化シリコン膜をエッチングし
た。以下パターニングは同様の方法で行った。その後、
１１０℃に加熱した水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ：Ｈ
₂ Ｏ＝１：２，重量比、以下同じ）によるＳｉ結晶異方
性エッチングにより２０μｍのＳｉメンブレンを形成し
た（図６（ｂ））。

【００２２】次に、バイモルフ駆動部分である２層の圧
電体５、６と３層の電極層７、８、９を形成する。圧電
体層には酸化亜鉛を用い、交流スパッタリング法により
成膜し、酢酸水溶液にてウェットエッチングによりパタ
ーンを形成する。下電極層７には３０Åのクロムを下引
きした１０００Åの金を用いる。クロム及び金は抵抗加
熱による蒸着法で成膜し、クロムは硝酸第２セリウムア
ンモニウムと過塩素酸の水溶液、また金はヨウ素とヨウ
化カリウムの水溶液にてそれぞれウェットエッチングに
よりパターン形成を行う。中電極層８、上電極層９には
ｌ０００Åの金を用いる。金は抵抗加熱による蒸着法で
成膜し、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液にてパターン
形成を行う。それぞれの電極は、駆動用の増幅回路につ
ながる取り出し部分を有する。下電極７と上電極９は片
持ち梁の長さ方向の中心線でそれぞれ２分割及び３分割
されており、合計５つの駆動電極を有する３軸方向に駆
動可能な片持ち梁（カンチレバー）となっている。上電
極９の３分割された電極の中心の電極はトンネル電流検
出用プローブ１０の取り出し電極１１である（図６
（ｃ））。

【００２３】トンネル電流検出用プローブ１０は、金を
蒸着法により２μｍ成膜し、プローブ部分のフォトレジ
ストを円形に残してヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液に
よる等方的なウェットエッチングによりプローブを形成
する（図６（ｄ））。

【００２４】最後に、ＣＦ₄ ，Ｏ₂ プラズマを用いた反
応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により、基板１の
裏面から２０μｍ残ったシリコン１及び表面窒化シリコ
ン膜２をエッチングし、貫通穴４を形成するとともにバ
イモルフカンチレバーを形成した。貫通穴４の基板表面
開口部形状は正方形であり、その面積は２０ｍｍ² であ
る。

【００２５】なお、エッチング液は代表的には水酸化カ
リウム水溶液が用いられるが、基板１の結晶方位により
エッチング速度に異方性が生ずる液（たとえばアンモニ
ア水、ヒドラジン水溶液、ピロカテコール水溶液など）
であれば同様に適用できる。

【００２６】マスク層２の材料は、基板１の異方性エッ
チングにおいて基板１と選択的にエッチング可能な材料
（たとえば窒化シリコン、酸化シリコン等）が適用でき
る。またマスク層２は多層膜でもさしつかえない。マス
ク層２の作製方法は従来公知の技術、たとえば半導体産
業で一般に用いられている真空蒸着法やスパッタリング
法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などの薄膜作製技術や
フォトリソグラフ技術及びエッチング技術を適用するこ
とができ、その作製方法は本発明を制限するものではな
い。

【００２７】（実施例２）本実施例で示すものは、本発
明によるカンチレバー型プローブを備えたプローブユニ
ットである。図２は本発明によるプローブユニットの図
である。カンチレバーの寸法は、縦が５００μｍ、横が
１５０μｍである。

【００２８】作製プロセスは実施例１で示したプロセス
と同様である。本実施例の特徴とするところは、複数の
カンチレバー型プローブを小さい貫通穴上に収めるた
め、貫通穴上にカンチレバーを交互に配置したところに
ある。貫通穴の表面開口部形状は辺の長さの比が１：２
の長方形であり、その面積は２０ｍｍ² である。

【００２９】高密度記録媒体に対して情報処理を高速で
行う小型の情報処理装置においては、プローブをマルチ
化・集積化する必要がある。貫通穴上に単数のカンチレ
バー型プローブしかない場合、基板裏面エッチング孔に
必要な面積が大きくなるため、小型の情報処理装置には
適さない。そこで、本実施例に示すような貫通穴上に複
数のカンチレバー型プローブを備えた形態が考えられ
た。

【００３０】（実施例３）次にプローブユニットを用いた走査型トンネル顕微鏡の
説明を行う。

【００３１】図３は、本実施例の走査型トンネル顕微鏡
の概略図である。本図中、１０１は、実施例１と同じカ
ンチレバー型プローブ１０２を形成したシリコン基板、
１０５はシリコン基板１０１をＺ方向に駆動する粗動用
圧電素子、１１４は粗動用圧電素子１０５及びカンチレ
バー型プローブユニット１０２を試料表面に接近させる
接近機構、１０３は表面観察する導電性の試料で、１０
４は試料１０３をＸＹ方向に微動するＸＹ微動機構であ
る。

【００３２】本実施例の走査型トンネル顕微鏡の動作を
以下に説明する。

【００３３】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、カンチレバー型
プローブユニット１０２のプローブが試料１０３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。

【００３４】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、もしくはカンチレバー型プロ
ーブユニット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、プローブ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。

【００３５】試料１０３の観察時には、バイアス回路１
０６によりバイアス電圧をかけられた試料１０３とプロ
ーブ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
してプローブと試料表面の平均距離が一定となるように
カンチレバー型プローブユニット１０２をＺ方向に制御
している。

【００３６】その状態でカンチレバー型プローブユニッ
ト１０２をＸＹ位置制御回路１０９でＸＹ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１１２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ＳＴＭ像が得られる。かかるＳＴＭ像は、
画像処理、たとえば２次元ＦＥＴなどの処理をしてディ
スプレイ１１３に表示される。

【００３７】その際、カンチレバー型プローブユニット
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、所望の領域にプローブが来
るようにして観察を行う。

【００３８】本実施例の走査型トンネル顕微鏡を用いる
ことにより、試料観察を正確にしかも安定して行うこと
が可能になった。

【００３９】（実施例４）本実施例では、実施例１のカンチレバー型プローブユニ
ットを複数個用いた情報処理装置について述べる。

【００４０】図４に本実施例の主要部構成及びブロック
図を示す。本図に基づいて説明すると、記録再生ヘッド
上には、実施例１によるカンチレバー型プローブ１５が
複数配置されている。これら複数のプローブ１５は、一
様に媒体と対向する様に配置してある。１２は情報記録
用の記録媒体、１３は媒体とプローブとの間に電圧を印
加するための下地電極、１４は記録媒体ホルダーであ
る。

【００４１】前記記録媒体１２層は、トンネル電流用探
針から発生するトンネル電流により記録媒体表面の形状
を凸型（Ｓｔａｕｆｅｒ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，５１（４），２７，Ｊｕｌｙ，１９８７，ｐ
２４４参照）または凹型（Ｈｅｉｎｚｅｌｍａｎｎ，Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５３，Ｎ
ｏ．２４Ｄｅｃ．，１９８８．ｐ２４４７参照）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。前記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・ブロジェット膜よりなるものが好ま
しい。

【００４２】例えば、石英ガラス基板の上に下地電極１
３として真空蒸着法によってＣｒを５０Å堆積させ、さ
らにその上にＡｕを３００Å同法により蒸着したものを
用い、その上に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
等を用いる。１６は記録すべきデータを記録に適した信
号に変調するデータ変調回路、１７はデータ変調回路で
変調された信号を記録媒体１２とプローブ１５の間に電
圧を印加することで記録媒体１２上に記録するための記
録電圧印加装置である。プローブ１５を記録媒体１２に
所定間隔まで近づけ、記録電圧印加装置１７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１２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１８を用いて、この操作を
プローブ１５で記録媒体１２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。図では示していない
が、Ｘ−Ｙステージ１８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。

【００４３】１９はプローブ１５と記録媒体１２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
る記録信号検出回路、２０は記録信号検出回路１９の検
出したトンネル電流信号を復調するデータ復調回路であ
る。再生時にはプローブ１５と記録媒体１２とを所定間
隔にし記録電圧より低い、例えば２００ｍＶの直流電圧
をプローブ１５と記録媒体１２間に加える。この状態で
記録媒体１２上の記録データ列に沿ってプローブ１５に
て走査中に記録信号検出回路１９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２０で復調することにより再生デー
タ信号を得られる。

【００４４】２１はプローブ高さ検出回路である。この
プローブ高さ検出回路２１は記録信号検出回路１９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
が一定になる様にプローブ１５を上下動制御させるため
にｘ，ｚ軸駆動制御回路２２に命令信号を発信する。こ
れによりプローブ１５と媒体１２との間隔が略一定に保
たれる。

【００４５】２３はトラック検出回路である。トラック
検出回路２３はプローブ１５で記録媒体１２上を走査す
る際にプローブ１５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（以下これらを
トラックと称する）からのずれを検出する回路である。

【００４６】以上のデータ変調回路１６、記録電圧印加
装置１７、記録信号検出回路１９、データ復調回路２
０、プローブ高さ検出回路２１、ｘ，ｚ軸駆動制御回路
２２、トラック検出回路２３で記録再生用回路２４を形
成する。

【００４７】記録再生ヘッドにおいては、記録再生用回
路２４が記録媒体に対向する複数のプローブ及びその駆
動機構それぞれに１つずつ設けられており、各プローブ
による記録、再生、各プローブの変位制御（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。

【００４８】上述した実施例はすべて記録再生装置であ
るが、記録または再生のみの装置、または走査型トンネ
ル電流検知装置であっても本発明が適用可能であること
は言うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、単結晶シリコン基
板に異方性エッチングにより形成された正方形あるいは
長方形状の貫通穴上に設けたカンチレバー型プローブユ
ニットにおいて、プローブユニットの作成プロセスにお
けるメンブレンの面積を２．５×１０^-5平方メートル以
下とすることにより、該メンブレンのたわみの影響によ
って、カンチレバーの作成プロセスにおけるフォトリソ
グラフ工程の露光時のパターン解像度が低下し、ひいて
はカンチレバーの製造精度が低下するのを防止すること
ができ、また、貫通穴に複数のカンチレバーを配置する
ことにより、より小型で且つ高密度、高集積化されたプ
ローブユニット及びこれを用いた走査型トンネル顕微
鏡、情報処理装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例によるプローブユニットの図であ
る。

【図２】本発明の実施例によるプローブユニットの図で
ある。

【図３】走査型トンネル顕微鏡を示す構成概略図であ
る。

【図４】情報処理装置を示す構成概略図である。

【図５】従来技術におけるプローブユニットの図であ
る。

【図６】従来例のプローブユニットの製造工程断面図で
ある。

【符号の説明】

１シリコン基板２マスク層３シリコンメンブレン４基板貫通穴５下ＺｎＯ圧電体薄膜６上ＺｎＯ圧電体薄膜７下電極８中電極９上電極１０トンネル電流用探針（プローブ）１１トンネル電流取り出し電極１２記録媒体１３下地電極１４記録媒体ホルダー１５プローブ１６データ変調回路１７記録電圧印加装置１８Ｘ−Ｙステージ１９記録信号検出回路２０データ復調回路２１プローブ高さ検出回路２２ｘ，ｚ軸駆動制御回路２３トラック検出回路２４記録再生用回路１０１シリコン基板１０２カンチレバー型プローブ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

───────────────────────────────────────────────────── 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３−162602（ＪＰ，Ａ) 特開平４−223204（ＪＰ，Ａ) 特表平３−503463（ＪＰ，Ａ) 国際公開90／15986（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 G01B 7/34 G11B 9/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】情報入出力用のプローブ、圧電体薄膜お
よび該圧電体薄膜の駆動電極を有するカンチレバーを、
単結晶シリコン基板に異方性エッチングにより形成され
た正方形あるいは長方形状の貫通穴上に設けたプローブ
ユニットであって、前記貫通穴の表面開口部面積は２．
５×１０^-5平方メートル以下であると共に前記貫通穴に
は複数のカンチレバーが配置されていることを特徴とす
るプローブユニット。
【請求項２】請求項１に記載のプローブユニット、前
記カンチレバーを変位させるための駆動手段、該駆動手
段を制御するための制御手段、前記プローブと観察すべ
き試料との距離を調整する手段及びプローブと試料の間
に電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特徴とす
る走査型トンネル顕微鏡。
【請求項３】請求項１に記載のプローブユニット、前
記カンチレバーを変位させるための駆動手段、該駆動手
段を制御するための制御手段、前記プローブと記録媒体
との距離を調整する手段及びプローブと記録媒体の間に
電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特徴とする
情報処理装置。
【請求項４】前記電圧印加手段が、パルス電圧印加手
段であることを特徴とする請求項３記載の情報処理装
置。
【請求項５】前記電圧印加手段が、バイアス電圧印加
手段であることを特徴とする請求項３記載の情報処理装
置。
【請求項６】前記制御手段が、試料とプローブとの間
に流れるトンネル電流の検出結果に基づき、前記カンチ
レバーを変位させるためのバイアス電圧を変化させ、そ
の信号をカンチレバーを構成する電極に付与するもので
あることを特徴とする請求項２記載の走査型トンネル顕
微鏡。
【請求項７】前記制御手段が、記録媒体とプローブと
の間に流れるトンネル電流の検出結果に基づき、前記カ
ンチレバーを変位させるためのバイアス電圧を変化さ
せ、その信号をカンチレバーを構成する電極に付与する
ものであることを特徴とする請求項３記載の情報処理装
置。
【請求項８】前記記録媒体が電気メモリー効果を有す
ることを特徴とする請求項３記載の情報処理装置。
【請求項９】前記記録媒体の表面が非導電性であるこ
とを特徴とする請求項３記載の情報処理装置。