JP3450349B2 - Cantilever probe - Google Patents

Cantilever probe

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JP3450349B2
JP3450349B2 JP10379692A JP10379692A JP3450349B2 JP 3450349 B2 JP3450349 B2 JP 3450349B2 JP 10379692 A JP10379692 A JP 10379692A JP 10379692 A JP10379692 A JP 10379692A JP 3450349 B2 JP3450349 B2 JP 3450349B2
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優 中山
敬介 山本
康弘 島田
克彦 新庄
修 高松
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キヤノン株式会社
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【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)型プローブに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] Field of the Invention The present invention relates to a cantilever (cantilever) probe used in the tunnel current detecting device or a scanning tunneling microscope or the like. 【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 [0002] In recent years, scanning tunneling microscope can be observed the electronic structure of surface atoms of a conductor directly (hereinafter, ST
Mと略す)が開発され(G.Binnig et a Abbreviated as M) has been developed (G.Binnig et a
l. l. ,Phys. , Phys. Rev. Rev. Lett. Lett. 49(1982) 49 (1982)
57)、単結晶、非結晶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。 57), a single crystal, can now be measured in a non-crystalline a matter significantly higher resolution real space image without (nanometers). 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。 Such STM adds the voltage between the metal probe (probe) and electrically conductive material, is brought close to a distance of about 1 nm, is utilized to flow a tunnel current therebetween. 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。 This current is very sensitive and and changes exponentially to the distance change therebetween, is possible to observe the surface structure of the real space with a resolution of atomic order by scanning the probe so as to keep the tunnel current constant it can. このST The ST
M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。 Analysis using M is limited to conductive materials, it is beginning to be applied to structural analysis of thin insulating film formed on the surface of the conductive material. 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。 Furthermore, the apparatus described above, means have because it uses a method of detecting a minute current, without damage to the media, and also the advantages that can be observed at low power. 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。 Also, wide range of applications of the STM for a possible operation in the air is expected. 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ように、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。 In particular, JP 63-161552 discloses, as proposed in JP-63-161553 Patent Publication, practical use as high-density recording and reproducing apparatus have been actively. 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有り、記録媒体としては、電圧−電流特性においてメモリ性の有るスイッチング特性を示す材料、たと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。 It uses the same probe and STM, by changing the voltage applied between the probe and the recording medium be one which performs recording, the recording medium voltage - shows the switching characteristics having the memory property in current characteristics material, for example, a chalcogenide compound, and a thin film layer of π electron system organic compound. 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。 On the other hand, the reproduction is performed by a change in tunnel resistance region otherwise and was recorded area. この記録方式を用いる記録媒体としては、 As the recording medium using the recording method,
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有る。 Also there can be recorded and reproduced in which the surface shape of the recording medium by a voltage applied to the probe is changed. 【0003】さらに、記録再生システムの機能向上、特に高速化の観点から多数のプローブを選択的に駆動し、 [0003] In addition, improvements in recording and reproducing system, and in particular selectively driving a large number of probes in terms of speed,
トンネル電流を検知することが必要となる。 It is necessary to detect the tunnel current. そのために、各プローブ自身が少なくとも二次元的に動かなくてはいけない。 Therefore, each probe itself must not stuck at least two dimensions. それをみたすプローブとして、シリコン基板を加工することにより圧電体バイモルフからなるカンチレバー型のSTMプローブが作製されている。 As a probe satisfying it, a cantilever type STM probe comprising a piezoelectric bimorph is produced by processing a silicon substrate. (T. (T.
R. R. Albrechtet al. Albrechtet al. ,“Microfa , "Microfa
brication of Integrated S brication of Integrated S
canning Tunneling Microsc canning Tunneling Microsc
ope”,Proceedings of 4th I ope ", Proceedings of 4th I
nternational Conference o nternational Conference o
n STM/STS S10−2 July 9−1 n STM / STS S10-2 July 9-1
4,1989)。 4,1989). 13はその斜視図を示す。 Figure 13 shows a perspective view thereof. 圧電体2 The piezoelectric layer 2
01と電極202は各々ZnO、Alで構成されている。 01 and the electrode 202 each ZnO, is composed of Al. 各電極間に適当なバイアスをかけることにより図 Figure by applying an appropriate bias between the electrodes 1
の(a)、(b)、(c)に示す様にX、Y、Z軸方向の駆動が可能である。 4 (a), (b), it can be driven X, Y, and Z-axis direction as shown in (c). 【0004】また、カンチレバー型プローブの形成手段として、半導体製造プロセス技術を用い、1つの基板上に微細な構造を作る加工技術(K.E.Peterso Further, as means for forming the cantilever-type probe, using semiconductor fabrication process technology, processing technology of making a fine structure on a single substrate (K.E.Peterso
n,“Silicon as a Mechanica n, "Silicon as a Mechanica
l Material”,Proceedings o l Material ", Proceedings o
f the IEEE,vol70,P420,198 f the IEEE, vol70, P420,198
2)を利用して構成したSTMが、特開昭61−206 2) was constructed using the STM is, JP-A-61-206
148号公報に提案されている。 It proposed in 148 JP. 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(X This single-crystal silicon as the substrate, the substrate surface in a direction parallel with microfabrication (X
Y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表面と直角な方向(Z方向)に変位するように構成されている。 Can be finely moved in the Y direction) to form a parallel spring, further the tongue of the cantilever (cantilever) structure formed a probe provided on the movable portion, the electrostatic give an electric field between the tongue-shaped portion and the bottom portion and it is configured so as to be displaced to the substrate surface and perpendicular to the direction (Z-direction) by the power. また、特開昭62−2811 In addition, JP-A-62-2811
38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。 The 38 discloses a storage apparatus having a transducer array in which a similar tongue to that disclosed in JP-A-61-206148 in multi are described. また、シリコン基板を加工することにより圧電体バイモルフからなるカンチレバー型のSTMプローブが作製されている。 Moreover, cantilever type of STM probe comprising a piezoelectric bimorph by processing a silicon substrate has been prepared.
(S.AKAMINE,et al.“A Plana (S.AKAMINE, et al. "A Plana
r Processfor Microfabrica r Processfor Microfabrica
tion of Scanning Tunnelin tion of Scanning Tunnelin
g Microscope”,Sensors and g Microscope ", Sensors and
Actuators,A21−A23(1990)9 Actuators, A21-A23 (1990) 9
64−970。 64-970. ) 【0005】 【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従来例の圧電体バイモルフからなるカンチレバー型プローブは以下のような問題点を有していた。 ) [0005] The present invention is, however, a cantilever type probe comprising a piezoelectric bimorph in the prior art had the following problems. (イ)圧電体ZnOは空気中の水分等を吸収し特性が変化あるいは劣化する。 (B) a piezoelectric ZnO is absorbed characteristic moisture change or deteriorate in air. 又、PZT等の圧電体は成膜あるいは熱処理のために500℃以上の温度を必要とするため、ICと一体化したプローブの作製には不向きである。 Also, the piezoelectric body such as PZT requires a temperature above 500 ° C. For deposition or heat treatment, is not suitable for manufacturing a probe integral with the IC. (ロ)圧電体ZnO、PZT等は柱状構造のためその薄膜は機械的特性が低いため耐久性が低い。 (B) a piezoelectric ZnO, PZT or the like is that the thin film has low durability since the mechanical properties are low for the columnar structure. (ハ)圧電体ZnO、PZT等の圧電性を高めると内部応力が増大するため、カンチレバーのソリが増大し、又そのばらつきも増大する。 For (c) a piezoelectric ZnO, which Increasing the piezoelectric such as PZT internal stress increases, the cantilever of warpage is increased, and its variation also increases. (ニ)Y方向の変位量を大きく取ることができない。 (D) it is impossible to increase the displacement amount in the Y direction. また、Y方向のバイモルフ駆動に捻じれが生じ易い。 Also, easily occurs twisted bimorph drive of the Y-direction. 【0006】そこで、本発明の目的は、上記従来例の問題点に鑑みなされたもので、カンチレバー型プローブの生産性、再現性を向上させ、もって信頼性、安定性に優れた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置の実現を図る An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, the productivity of the cantilever type probe, improves the reproducibility, has been reliability, excellent stability scanning tunneling promote microscope, the realization of an information processing apparatus
ことにある。 It lies in the fact. 【0007】 【課題を解決するための手段及び作用】上記課題は、以下に述べる本発明によって解決される。 [0007] Means for Solving the Problems and effect] This problem is solved by the present invention described below. 【0008】即ち、本発明は、基板上に片持ち梁状に形成された変位素子と、該変位素子の自由端部に配置され Namely, the present invention includes a displacement element which is formed in a cantilever shape on a substrate, arranged at the free end of the displacement element
た探針とを有するカンチレバー型プローブであって 、該変位素子は、 支持体と、該支持体に対して対称に配置さ And a cantilever-type probe having a probe, displacement element includes a support member, is arranged symmetrically with respect to the support
れた少なくとも1対の発熱体層とで形成され 、該発熱体層の熱駆動により変位するものであり、全発熱体層に同一電流を流すことによって伸縮し、該1対の発熱体層の Is formed by at least one pair of heat generating layer, which is displaced by the heat driving of the heat generating body layer, expand and contract by supplying the same current to all the heat generating layer, the heat generating layer of said pair
一方にのみ電流を流すことによって該伸縮の方向と直交する方向に変位することを特徴とするカンチレバー型 Cantilevered flop, characterized in that the displacement in the direction perpendicular to the direction of該伸contraction whereas the by passing current only
ローブであり、好ましくは、上記変位素子は、一対の発 A lobe, preferably, the displacement element has a pair of the calling
熱体層が支持体の上下面に各々設けられ、上面の1対の Thermal layer are each provided on the upper and lower surfaces of the support, a pair of upper surface
発熱体層または下面の1対の発熱体層にのみ電流を流す Electric current only to heat layer or heat generating layer of the lower surface of the pair
ことによって、前記基板面に垂直な方向に変位することを特徴とする上記カンチレバー型プローブであり、さらには上記支持体の下面と上記基板面に電極を有し、静電力によって基板面と垂直な方向に変位することを特徴とする上記カンチレバー型プローブであり、好ましく By a the cantilever probe, characterized in that displaced in a direction perpendicular to the substrate surface, further having an electrode on the lower surface and the substrate surface of the support, the substrate surface by electrostatic forces and vertical such a the cantilever probe, characterized in that the displacement direction, preferably
は、上記変位素子の伸縮及びそれに直交する方向の変位 The expansion of the displacement element and the direction of displacement perpendicular thereto
によって、前記探針を2次元走査させることを特徴とす By, to, characterized in that to the two-dimensional scanning of the probe
る上記カンチレバー型プローブである。 That is the cantilever type probe. 【0009】 【0010】 さらに本発明は 、上記本発明のカンチレバ<br>ー型プローブを、同一基板上に複数配置したことを特徴とする集積化カンチレバー型プローブである。 [0009] [0010] The present invention, the present onset Ming cantilever <br> over probe is integrated cantilever probe, characterized in that a plurality arranged on the same substrate. 【0011】次に本発明を図を用いて説明する。 [0011] The invention will now be described with reference to FIG. 【0012】図1は本発明の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の一例を示す斜視図である。 [0012] Figure 1 is a perspective view showing an example of a cantilever type probe using a cantilever type displacement element of the present invention. これは、Si基板を用い通常のICプロセス技術とSi異方性エッチング技術を用いて作製したものである。 This is prepared by using the conventional IC process technology and Si anisotropic etching technique using an Si substrate. 図2(a)は図1のA−A'断面図であり、図2 2 (a) is an A-A 'sectional view of FIG. 1, FIG. 2
(b)はB−B'断面図である。 (B) is a B-B 'sectional view. Si基板1に一端を固定されたカンチレバーがあり、そのカンチレバーはノンドープPolySiよりなる支持体2と2対の発熱体層3,3',4,4'で形成されている。 There is Si substrate 1 to the cantilever which is fixed at one end, the cantilever support 2 and two pairs of heat generating layer 3, 3 made of non-doped PolySi ', 4, 4' are formed by. 発熱体層はドープトPolySiでありpタイプあるいはnタイプの導電型を持つ。 Heat generating layer has a conductivity type of p-type or n-type is doped PolySi. 更にこのカンチレバー上にはトンネル電流を検知するプローブ5とその電流を取り出す電極6が形成されている。 This is on the cantilever is formed electrode 6 for taking out the probe 5 and the current for detecting the tunnel current further. また、図示されていないがSi基板1と同一面上に選択的にカンチレバーを駆動しトンネル電流を検知・増幅する回路も配置されている。 The circuit is not shown to detect and amplify a tunnel current to drive the selectively cantilevers on a Si substrate 1 and the same plane are also arranged. 2対の発熱体層3,3',4,4'の電流制御によりカンチレバーの支持体2が部分的にX軸方向に伸縮するため、従来の圧電バイモルフと同様に図1のX,Y,Z軸に駆動することが可能である。 Two pairs of heat generating layer 3, 3 ', 4, 4' to stretch the support 2 partially X-axis direction of the cantilever by the current control of the conventional piezoelectric bimorph as well as in FIG. 1 X, Y, it is possible to drive the Z-axis. すなわち、図1のように、 2対の発熱体層3,3',4,4'がカンチレバーの支持体2に対して対称に構成されているので、例えば全発熱体層に同一電流を流すことによってX軸方向に、また発熱体層3,4のみに電流を流せばY軸方向に、また発熱体層3,3'のみに流せばZ軸方向に駆動することができる。 That is, as shown in FIG. 1, two pairs of heat generating layer 3, 3 ', 4, 4' so are configured symmetrically with respect to the support 2 of the cantilever, passing the same current, for example, in all the heat generating layer can be driven in the X-axis direction, if a current is supplied only to the heat generating layer 3 and 4 in the Y-axis direction, also it is allowed to flow only to the heat generating layer 3, 3 'in the Z axis direction by. 【0013】また、図3は本発明の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の他の例を示す斜視図である。 [0013] FIG. 3 is a perspective view showing another example of a cantilever type probe using a cantilever type displacement element of the present invention. これも、Si基板を用い通常のICプロセス技術を用いて作製したものである。 This is also one produced by using a conventional IC process technology using a Si substrate. 図4(a)は図3 4 (a) is 3
のA−A'断面図であり、図4(b)はB−B'断面図である。 'Is a cross-sectional view, FIG. 4 (b) B-B' A-A of a cross-sectional view. Si基板1にSiO 2層31を介して一端を固定されたカンチレバーがあり、そのカンチレバーはノンドープPolySiよりなる支持体2と一対の発熱体層3,3'で形成されている。 There is a cantilever which is fixed at one end via the SiO 2 layer 31 on the Si substrate 1, the cantilever is formed in the support 2 and a pair of heat generating layer 3, 3 'made of non-doped PolySi. 発熱体層はドープトPol Heating element layer is doped Pol
ySiでありpタイプあるいはnタイプの導電型を持つ。 ySi a and having a conductivity type of p type or n type. 更に、このカンチレバー上にはトンネル電流を検知するプローブ5とその電流を取り出す電極6が形成されている。 Furthermore, the electrode 6 for taking out the current probe 5 for detecting the tunnel current is formed on the cantilever. 又、支持体層2の下面には電極層32が設けて有り、Si基板1上の電極33とギャップを隔てて対向している。 Further, the lower surface of the support layer 2 there electrode layer 32 is provided, it is opposed to each other electrodes 33 and the gap on the Si substrate 1. 図示されていないがSi基板1と同一面上に選択的にカンチレバーを駆動しトンネル電流を検知・増幅する回路も配置されている。 Circuit is not shown to detect and amplify a tunnel current to drive the selectively cantilevers on a Si substrate 1 and the same plane are also arranged. 【0014】発熱体層3,3'の電流制御によりカンチレバーの支持体2が部分的に図3のX軸方向に伸縮するため、Y軸方向に駆動することが可能である。 [0014] Since the supporting member 2 of the cantilever by the current control of the heat generating layer 3, 3 'is telescopic in the X-axis direction of the partly 3, it is possible to drive the Y-axis direction. 次に、カンチレバーの下面電極32とそれと対向してあるSi基板1上の電極33の間に適当なバイアスを印加すると電極間の静電力により、Z軸方向に駆動することが可能となる。 Then, by an electrostatic force between the applying electrodes suitable bias between the Si substrate 1 on the electrode 33 which had been the same face the lower electrode 32 of the cantilever, it becomes possible to drive the Z-axis direction. 【0015】図1あるいは図3に示したような、本発 [0015] as shown in FIG. 1 or FIG. 3, the onset Akira
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では、圧電体膜を用いていないため、空気中の水分等の吸収による特性の変化あるいは劣化が発生しない。 The cantilever probe using a cantilever type displacement element, does not use a piezoelectric film, change or deterioration in characteristics due to the absorption of such moisture in the air does not occur.
また、従来の圧電体膜のような柱状構造を有しないため、機械的強度や耐久性を高くすることが可能である。 Moreover, since it does not have a columnar structure as in the conventional piezoelectric film, it is possible to increase the mechanical strength and durability.
さらには、素子形成時の内部応力が減少し、カンチレバーの反りを低減することができる。 Furthermore, can be internal stress during device formation is decreased, to reduce the warp of the cantilever. 【0016】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 [0016] [Embodiment] Hereinafter, a description will be given of an embodiment of the present invention. 【0017】 実施例1本実施例では、図1に示した本発明の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作製した。 [0017] EXAMPLE 1 In this example, to prepare a cantilever type probe using the onset bright cantilever type displacement element shown in FIG. この作製方法を図を用いて説明する。 This manufacturing method will be described with reference to FIG. まず(100)n First (100) n
型Si基板1にLPCVD装置で後工程でのSi異方性エッチングのマスク層としてSiナイトライド81を成膜し(図 (a)参照)、次にLPCVD装置でノンドープPolySiを成膜しレジストパターニング後イオンインプラ装置でドーパントとしてBあるいはPを打ち込み、発熱体層3,3'を形成する(図 (b)参照)。 Forming a Si nitride 81 as a mask layer of Si anisotropic etching in a later step in the LPCVD apparatus type Si substrate 1 (see FIG. 5 (a)), then forming a non-doped PolySi in LPCVD apparatus resist implanting B or P as a dopant patterning after the ion implantation apparatus, to form the heat generating layer 3, 3 '(see Figure 5 (b)). 同様に、LPCVD装置でノンドープPolyS Similarly, a non-doped in the LPCVD apparatus PolyS
iを前よりも厚く成膜しレジストパターニング後インプラ装置でBあるいはPを打ち込み、発熱体層4,4'を形成する(図 (c)参照)。 i implanting B or P in the resist after patterning implantation device is formed thicker than before, to form the heat generating layer 4, 4 '(see FIG. 5 (c)). 次に、トンネル電流検知用プローブ5とトンネル電流引き出し用の電極6を形成し、裏面のSiナイトライド81をパターニングし、カンチレバー形成のための窓明けを行う(図 (d)参照)。 Then, a tunneling current detection probe 5 and the electrodes 6 of the tunnel current drawer, patterning the back surface of the Si nitride 81 performs Apertures for cantilever formed (see FIG. 5 (d)). 最後に、異方性エッチングでSi基板1をエッチングし、Siナイトライド81を除去する(図 (e) Finally, the Si substrate 1 by anisotropic etching is etched to remove the Si nitride 81 (see FIG. 5 (e)
参照)。 reference). 発熱体層3,3',4,4'のパターンとしては色々あるが、例えば図 (a),(b)のようにすることができる。 Heat generating layer 3, 3 ', 4,4' variety is as patterns. For example FIG. 6 (a), the can be as (b). 【0018】カンチレバーの駆動は、発熱体層3, [0018] The cantilever of the drive, the heating element layer 3,
3',4,4'がカンチレバーの支持体2に対して対称に構成されているので、例えば全発熱体層に同一電流を流すことによって図1のX方向に、また発熱体層3,4 3 ', 4, 4' so are configured symmetrically with respect to the support 2 of the cantilever, in the X direction in FIG. 1 by passing the same current, for example, in all the heat generating layer, also heat layer 3,4
のみに電流を流せばY方向に、また発熱体層3,3'のみに電流を流せばZ方向に駆動することができる。 Can only current in the Y-direction be allowed to flow in, and also driven in the Z direction when a current is supplied only to the heat generating layer 3, 3 '. 【0019】次に上記カンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡について説明する。 [0019] Then scanning tunneling microscope is described using the above cantilever type probe. 【0020】図は、本発明による本実施例の走査型トンネル顕微鏡の概略図である。 [0020] FIG. 7 is a schematic diagram of a scanning tunneling microscope of the present embodiment according to the present invention. 101は、上記カンチレバー型プローブ102を形成したシリコン基板、105 101, a silicon substrate formed with the cantilever probe 102, 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Z方向粗動用圧電素子105及びカンチレバー型プローブ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、104は試料103をXY方向に微動するXY微動機構である。 The silicon substrate 101 coarse piezoelectric element for driving in the Z direction, 114 approximation mechanism for approximating the piezoelectric element 105 and cantilever probe 102 for Z-direction coarse movement on the sample surface, 103 is a conductive specimen surface observation, 104 are XY fine movement mechanism for fine movement of the sample 103 in the XY direction. 【0021】上記の走査型トンネル顕微鏡の動作を以下に説明する。 [0021] will be described below the operation of the scanning tunneling microscope. 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102のプローブが試料103の表面にZ方向粗動用圧電素子105のストローク内に入るように接近させる。 Approximation mechanism 114 consists Z direction moving stage, manually or motor, a probe of a cantilever type probe 102 is brought close to be within the stroke of the Z-direction coarse piezoelectric element 105 on the surface of the sample 103. 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。 At that time, using a microscope, or monitor the extent of approaching visually, or for automatic feeding by the motor while applying a servo to the cantilever type probe 102, it detects the flow of tunnel current between the probe and the sample to stop the approaching at the time. 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102をZ When the sample 103 observations, the tunnel current flowing between the sample 103 and the probe biased voltage detected by a tunnel current detecting circuit 107 by the bias circuit 106, the average of the probe and the sample surface through the Z-axis direction servo circuit 110 the cantilever probe 102 so that the distance is constant Z
方向に制御している。 It is controlled in direction. その状態でカンチレバー型プローブ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。 Tunnel current changes due to minute irregularities on the sample surface is detected by scanning the cantilever type probe 102 in the XY direction in the XY position control circuit 109 in this state, it captures it to the control circuit 112, synchronization with the XY scanning signal STM images of constant height mode is obtained if the process Te. 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。 STM image is image processed and displayed for example by a process such as a two-dimensional FET on the display 113. その際、カンチレバー型プローブ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、Z方向粗動用圧電素子105 At that time, since the Z-direction of the cross-talk of the cantilever type probe 102 is small, the temperature drift of the apparatus, unevenness of the surface of the sample 103, since not follow the inclination is large, the piezoelectric element 105 for Z-direction coarse movement
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。 The signal of tunnel current detecting circuit 107 through a Z-direction coarse movement driving circuit 111 using, performs feedback region of about 0.01~0.1Hz, is controlled so as to follow the large motion of the Z-direction. 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。 Also when changing the viewing position, the XY fine movement mechanism 104 of the sample side is moved in the XY direction by an XY fine motion circuit 115, carry out examination as the probe is at the desired region. 【0022】この装置にて、試料103にHOPG(グラファイト)板を用いて表面観察を行なった。 [0022] At this device was subjected to surface observation using a HOPG (graphite) plate on the sample 103. バイアス回路106にて200mVの直流電圧をプローブと試料の間に加え、この状態で試料に沿ってプローブを走査してトンネル電流検出回路107を用いて検出される信号より表面観察を行なった。 Adding a direct current voltage of 200mV at the bias circuit 106 between the probe and the sample was subjected to surface observation from signals detected by using a tunnel current detecting circuit 107 by scanning the probe along the sample in this state. スキャンエリアを0.05μ The scan area 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、STMの原理による動作が確認され表面観察動作が確認された。 Was observed as m × 0.05 .mu.m, it is possible to obtain a good atomic image, surface observation operation operation by principle confirmed the STM was confirmed. 【0023】次に、図1に示した本発明のカンチレバー型プローブを、同一基板上に複数個作製した集積化カンチレバー型プローブを用いた、情報処理装置について説明する。 Next, this onset Ming cantilever probe shown in FIG. 1, with integrated cantilever probe in which a plurality fabricated on the same substrate, an information processing apparatus will be described. 同一基板上に形成された上記集積化カンチレバー型プローブの模式図を図に示す。 A schematic diagram of the formed the integrated cantilever probe on the same substrate illustrated in FIG. 基板1としてシリコン基板を用い、X−シフトレジスタ117、Y−シフトレジスタ118、静電容量、スイッチ素子、増幅器等を含んだ回路部119、プローブ電極5、カンチレバー120、マトリクス配線121などにより集積化カンチレバー型プローブが構成されている。 The silicon substrate used as the substrate 1, X- shift register 117, Y- shift register 118, the electrostatic capacitance, switching element, circuit 119 including an amplifier or the like, the probe electrode 5, a cantilever 120, integrated by such matrix wiring 121 cantilever probe is constructed. 122は信号線を接続するためのボンディングパッドである。 122 is a bonding pad for connecting the signal line. このボンディングパッドは、基板1の一つの辺もしくは対向する二つの辺に配置する。 The bonding pad is arranged on the two sides to one side or the opposing substrate 1. これにより、ボンディングパッドと平行する方向に記録媒体を移動し記録再生を行う。 Thus, to move the recording medium in a direction parallel to the bonding pad for recording and reproducing. 【0024】図の実施形態は、シリコン基板を用いて駆動素子を一体に形成しているが、これはシリコン基板に限定されることはなく、サファイア基板上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたウエハーを用いてもよいし、さらには石英基板上に成長したポリシリコン薄膜、固相エピ膜等あらゆる形態の半導体層及び基板を用いることができる。 The embodiment of FIG. 8, but by using a silicon substrate to form a drive element integrally, which is not limited to the silicon substrate, a wafer of silicon thin film epitaxially grown on a sapphire substrate it may be used, or more polysilicon thin film was grown on a quartz substrate, a semiconductor layer and a substrate of the solid phase epitaxial film, any form. 【0025】図に上記集積化カンチレバー型プローブを用いた情報処理装置のブロック構成図を示す。 [0025] Figure 9 shows a block diagram of an information processing apparatus using the integrated cantilever probe. 123 123
は集積化カンチレバー型プローブ、124は集積化カンチレバー型プローブ123をXY面内に走査するアクチュエータ、125は走査回路である。 The integrated cantilever probe, 124 actuator to scan the integrated cantilever probe 123 in the XY plane, the 125 is a scanning circuit. 126は記録媒体、127は集積化カンチレバー型プローブ123の各プローブ電極5がそれぞれ均等に記録媒体126に設置される様に記録媒体126の傾きを補正するアクチュエータ、128は傾き補正回路である。 126 recording medium, 127 an actuator for correcting the tilt of the recording medium 126 As the probe electrode 5 of the integrated cantilever probe 123 is placed evenly on the recording medium 126, respectively, 128 is a tilt correction circuit. また、129はこれらの部材を支持する構造体である。 Also, 129 is a structure for supporting these members. 【0026】集積化カンチレバー型プローブ123の制御は、プローブヘッド制御回路130により行う。 The control of the integrated cantilever probe 123 is performed by the probe head control circuit 130. 書き込みデータは符号器131aにより符号化され、プローブヘッド制御回路130に転送し、集積化カンチレバー型プローブ123を駆動し記録媒体126に書込む。 The write data is encoded by the encoder 131a, and transferred to the probe head control circuit 130, written into the recording medium 126 by driving the integrated cantilever probe 123. データ読出しを行う場合は、図示せぬプロセッサにより読出すべきアドレスを発生し、プローブヘッド制御回路1 When performing data reading, generates an address to be read out value by a processor, the probe head control circuit 1
30を駆動する。 To drive the 30. プローブヘッド制御回路130はこのアドレスに従い集積化カンチレバー型プローブ123より各プローブの信号を読出し復合器131bに転送する。 Probe head control circuit 130 transfers the signals of each probe from the integrated cantilever probe 123 in accordance with this address to read Fukugo unit 131b. 復号器131bはこの信号からエラー検出またはエラー訂正を行いデータ出力する。 Decoder 131b is data outputs perform error detection or error correction from the signal. 【0027】プローブ,媒体間の距離制御、及び集積化カンチレバー型プローブの傾き制御は、上記と同じように、プローブヘッド制御回路130により、各プローブ電極に流れるトンネル電流の情報を直接読出し、プローブ・媒体間距離制御回路132により基準位置からのずれを検出し、個々のプローブ電極のZ方向制御はカンチレバー駆動回路133により制御し、集積化カンチレバー型プローブの姿勢を正す必要のある場合は傾き補正回路128により行う。 The probe, the distance control between media, and tilt control of the integrated cantilever probe, like the above, read by the probe head control circuit 130, the information of the tunnel current flowing through the respective probe electrodes directly, the probe detecting a deviation from the reference position by the medium distance control circuit 132, Z direction control of each probe electrode is controlled by a cantilever driving circuit 133, the inclination correction circuit when it is necessary to correct the posture of the integrated cantilever probe carried out by 128. 【0028】図10に図の書込み・読出しのためのプローブヘッド制御回路130の詳細ブロック構成図を示す。 [0028] Figure 10 shows a detailed block diagram of the probe head control circuit 130 for writing and reading of FIG. 【0029】各プローブ電極をアクセスするタイミングは走査クロック134を基準に行う。 The timing for accessing each probe electrode performs, based on the scan clock 134. 個々の走査クロックを集積化カンチレバー型プローブのクロック信号CL Clock signal CL of integrated cantilever probe individual scan clock
K_Yとし、さらにYアドレスカウンタ135に入力する。 And k_y, further inputs to the Y address counter 135. このYアドレスカウンタ135は、集積化カンチレバー型プローブのYシフトレジスタの段数と同一のカウント数を持つ。 The Y address counter 135 has a count of the number of stages same as Y shift register of the integrated cantilever probe. Yアドレスカウンタ135のキャリー出力は、集積化カンチレバー型プローブのクロック信号C The carry output of the Y address counter 135, the integrated cantilever probe clock signal C
LK_Xとし、さらにXアドレスカウンタ136に入力する。 And LK_X, further input to the X address counter 136. このXアドレスカウンタ136は、集積化カンチレバー型プローブのXシフトレジスタの段数と同一のカウント数を持つ。 The X address counter 136 has the same number of counts and the number of stages of the X shift register of the integrated cantilever probe. これらX,Yアドレスカウンタのカウント出力をプローブアドレス137とする。 These X, the count output of the Y address counter and probe address 137. 【0030】集積化カンチレバー型プローブからの読出し出力Voutはコンパレータ138に入力する。 The read output Vout from the integrated cantilever probe is input to the comparator 138. コンパレータ138は、Vref139を基準電圧として二値化する。 The comparator 138 binarizes the reference voltage Vref139. この二値化出力は、プローブアドレス137 The binary output, the probe address 137
により指定されるプローブ制御テーブル140の記録ユニットに書込まれる。 It is written to the recording unit of the probe control table 140 specified by. 【0031】プローブ制御テーブル140〜142は、 The probe control table 140 to 142 is,
集積化カンチレバー型プローブのプローブ数と同数の記録ユニットで構成された一時保存メモリを1ページとし、1〜数ページを持つ。 One o'clock composed of a probe as many recording units of the integrated cantilever probe the storage memory as a page, with one to several pages. 各記録ユニットは、集積化カンチレバー型プローブから読出した記録データ論理値のほか、読出し、ON書込み、OFF書込み、または消去の各動作を指示する駆動状態などの少なくとも6値の論理値を記録する。 Each recording unit, in addition to the integrated cantilever probe of the read recording data logical value, read, ON writes, the logical value of at least 6 values ​​such as driving state of indicating the operation of the OFF write or erase and record. 【0032】集積化カンチレバー型プローブのアクセスに際しては、このプローブ制御テーブルの各ユニットの駆動状態値に従って対応するプローブ電極を制御するようにΦr,Φd,Φw信号を生成する。 [0032] In the access of the integrated cantilever probe is, Phi] r to control the corresponding probe electrode according to the driving state value of each unit of the probe control table, .PHI.d, generates a Φw signal. 【0033】集積化カンチレバー型プローブよりデータの読出しを行う場合は、まずプローブ電極を記録媒体の所定の位置に走査する。 [0033] When reading data from the integrated cantilever probe, first scans the probe electrode in a predetermined position of the recording medium. 次に、図示せぬホスト制御CP Then, not shown host control CP
Uによりデータバス、及びアドレスバス143を介してプローブ制御テーブル140〜142のデータを読出すべきプローブのアドレスに対応する記録ユニットに読出し動作の駆動状態値を登録する。 Registering the data bus, and via the address bus 143 drive state value of the read operation to the recording unit corresponding to the probe of the address data to be read out of the probe control tables 140-142 by U. 集積化カンチレバー型プローブの一連の読出し動作が終了した後、先に指定したプローブアドレスの記録ユニットの読出しデータ論理値を読出し、復号器131bによりエラー検出もしくはエラー訂正を行い読出し動作が完了する。 After a series of read operations of the integrated cantilever probe is completed, reads the read data logic value of the recording unit of the probe address specified above, the read operation performs error detection or error correction by the decoder 131b is completed. 【0034】また、書込みを行う場合は入力データを符号器131aにより符号化した後、プローブ制御テーブル140〜142に符号語の論理値を駆動状態値として記録ユニットに登録する。 Further, when writing is after encoding by the encoder 131a of the input data, and registers the logical value of the code word in the probe control table 140 to 142 on the recording unit as the driving state value. この登録された論理データをもとに順次書込み信号を集積化カンチレバー型プローブに転送する。 The registered logical data is sequentially transfers write signal based on the integrated cantilever probe. 【0035】ここで、一つの記録ユニットはページ毎のアクセスサイクルに対し、連続して書込み、または消去動作を登録しない。 [0035] In this case, one recording unit to the access cycle of each page, not to register the consecutive write or erase operation,. すなわち、一つのプローブ電極は連続して書込み動作を許可せず、必ず読出し動作を行いながら書込み消去が行われる。 That is, one probe electrode not allow write operation continuously, writing and erasing is carried out while always read operation. これはプローブ電極と記録媒体との間隔の制御を読出し時の信号振幅により制御するために必要である。 This is necessary in order to control the signal amplitude at the time of reading the control of distance between the probe electrode and the recording medium. 【0036】さらに、1ページ中の全ての記録ユニットに書込み、または消去登録を行わない。 [0036] In addition, not write or erase registration, to all of the recording unit in one page. すなわち、集積化カンチレバー型プローブのマトリックス配置された全てのプローブ電極が同時に書込み動作を行うことはない。 That is, all of the probe electrodes arranged in a matrix of integrated cantilever probe is not possible to perform the write operation at the same time. これは集積化カンチレバー型プローブが常に記録媒体に平行保持するように傾き制御するために必要である。 This is necessary for the tilt control to hold parallel always recording medium integrated cantilever probe. 【0037】これらのプローブ電極のZ方向の制御及びプローブヘッドの傾き制御は、Vout信号より生成されるトンネル電流相当信号Jtと、Φr,Φd,Φwの各信号より生成される信号属性、及びプローブアドレスとで構成されるプローブ制御信号群144を用いプローブ・媒体間距離制御回路132により行う。 The tilt control in the Z direction of the control and the probe head of the probe electrodes, and the tunnel current corresponding signal Jt generated from Vout signal, Phi] r, .PHI.d, signal attributes generated from the signals of .phi.w, and probe carried by the probe-medium distance control circuit 132 using a configured probe control signal group 144 by the address. すなわち、 That is,
プローブ・媒体間距離制御回路132はプローブ制御テーブルを参照し読出し動作状態にあるプローブの出力信号Voutをもとにカンチレバー駆動回路133及び傾き補正回路128を駆動する。 Probe medium distance control circuit 132 drives the cantilever driving circuit 133 and the inclination correction circuit 128 on the basis of the output signal Vout of the probe in the read operation state with reference to the probe control table. 【0038】尚、本実施例で用いているカンチレバーはプローブ電極のほかに、熱駆動アクチュエータを有し、 [0038] Incidentally, the cantilever is used in this embodiment in addition to the probe electrode has a thermal drive actuators,
個々にプローブ電極・記録媒体間の距離制御が行えるようになっている。 Individually and able to perform the distance control between the probe electrode and the recording medium. また、これらのアクチュエータは、集積化カンチレバー型プローブに設けられた図示せぬ回路によりカンチレバー駆動回路133より送られた信号により駆動される。 These actuators are driven by a signal sent from the cantilever driving circuit 133 by (not shown) provided in the integrated cantilever probe circuit. 【0039】上述のプローブ制御テーブルに基づいた書込み・読出し制御方法を用いることにより、読出し状態におくプローブ電極の配置を自在に、かつ全てのプローブ電極が一様な書込み・読出し比率になるように制御することができる。 [0039] By using the write-read control method based on the above-mentioned probe control tables, freely arrangement of probe electrode placed in the read state, and so that all the probe electrodes becomes uniform writing and reading Ratio it is possible to control. この制御により書込み・消去のデータに依らずに安定、高速かつ信頼性よくプローブのZ,Y Stable irrespective of the data write and erase this control, fast and reliably probe Z, Y
方向制御を行うことができる。 It is possible to perform the direction control. 【0040】その結果、上記情報処理装置では、カンチレバーの駆動特性、トンネル電流検知特性等が大きく向上し、高速で安定な、更に信頼性の高い情報の記録,再生,消去を行うことができた。 [0040] Consequently, in the information processing apparatus, the driving characteristics of the cantilever, increased tunnel current detection characteristics and the like is large, fast and stable, further recording of reliable information, reproduction, could be erased . 【0041】 実施例2本実施例で作製したカンチレバー型プローブの斜視図を図11に示す。 [0041] The perspective view of a cantilever type probe prepared in Example 2 This example is shown in FIG. 11. 実施例1と異なる点は、発熱体層3, Example 1 differs from the heating element layer 3,
3',4,4'をドーパントPolySiに換えて、比較的高抵抗な金属例えばTa,W,Mo等を用い、また、カンチレバーの支持体2としてPolySiあるいはSiO 2を用いたことである。 3 ', 4, 4' instead of the dopant PolySi, using a relatively high-resistance metal, such as Ta, W, Mo, etc., also, is that using a PolySi or SiO 2 as a support 2 of the cantilever. カンチレバーの駆動は実施例1と同様、発熱体層3,3',4,4'の電流制御により可能である。 Cantilever driven as in Example 1, heat generating layer 3, 3 ', 4, 4' is possible with current control. 本実施例においても発熱体層のパターンは図 (a),(b)のようにしても良い。 Pattern of the heat generating layer in the present embodiment FIG. 6 (a), the may be of (b). 【0042】次に、実施例1と同様に、図に示したような上記カンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡で、試料103にHOPG(グラファイト)板を用いて表面観察を行なったところ、実施例1と同様に良好な原子像を得ることができた。 Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe as shown in FIG. 7, was subjected to surface observation using a HOPG (graphite) plate on the sample 103 , it was possible to obtain the same good atomic image as in example 1. 【0043】また、上記カンチレバー型プローブを、図 [0043] In addition, the above-mentioned cantilever type probe, as shown in FIG.
に示したように同一基板上に複数個形成して集積化カンチレバー型プローブを作製した。 To prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in 8. また、実施例1と同様に図に示したような、上記集積化カンチレバー型プローブを用いた情報処理装置においても、実施例1と同様に高速で信頼性の高い情報の記録,再生,消去を行うことができた。 Further, as shown in FIG. 9 in the same manner as in Example 1, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, recording of reliable information at a high speed in the same manner as in Example 1, back, deleting I was able to do. 【0044】 実施例3 実施例では、図3に示した本発明の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作製した。 [0044] EXAMPLE 3 In this example, to produce a cantilever type probe using the onset bright cantilever type displacement element shown in FIG. この作製方法を図12を用いて説明する。 This manufacturing method will be described with reference to FIG. 12. 【0045】まず(100)n型Si基板1にイオンインプラ装置でドーパントとしてBを打ち込み、炉で熱処理し電極層33を形成し、CVD装置で犠牲層となるS [0045] First (100) n-type Si implanted B as a dopant to the substrate 1 by the ion implantation apparatus, to form the electrode layer 33 was heat-treated in a furnace, the sacrificial layer by CVD apparatus S
iO 2層31をその上に形成する(図12 (a)参照)。 The iO 2 layer 31 is formed thereon (see FIG. 12 (a)). その後、Au等の金属材32を成膜パターニングする(図12 (b)参照)。 Thereafter, a metal material 32 such as Au is deposited patterned (see FIG. 12 (b)). 次に、LPCVD装置でノンドープPolySiを成膜し、レジストパターニング後、イオンインプラ装置でドーパントとしてBあるいはPを打ち込みノンドープ層2とドープト層である発熱体層3,3'を形成する。 Then, by forming a non-doped PolySi in LPCVD apparatus, after the resist patterning, to form the heat generating layer 3, 3 'is a non-doped layer 2 and the doped layer implanted B or P as a dopant by ion implantation apparatus. 更に、LPCVD装置でノンドープPolySiを成膜し、パターニングする(図12 Further, by forming a non-doped PolySi in LPCVD apparatus, patterning (FIG. 12
(c)参照)。 (C) reference). トンネル電流検知用プローブ5と引き出し用電極6を形成し、レジストパターニング後カンチレバー下部のSiO 2を除去するとカンチレバー型プローブが形成される(図12 (d)参照)。 Forming a electrode 6 drawers and tunneling current sensing probe 5, a cantilever type probe is formed upon removal of the SiO 2 of the cantilever lower after the resist patterning (see FIG. 12 (d)). 発熱体層3, Heating element layer 3,
3'のパターンとしては色々あるが、例えば図 3 various some as a pattern of 'but, for example, FIG. 6
(a),(b)のようにすることができる。 (A), it is possible to make a (b). 【0046】カンチレバーの駆動は、例えば発熱体層3,3'の電流制御により図3のY軸方向、また、カンチレバーの下面電極32とそれと対向してあるSi基板1上の電極33の間に適当なバイアスを印加すると電極間の静電力により、Z軸方向に駆動することが可能となる。 The cantilever of the drive, for example Y-axis direction in FIG. 3 by the current control of the heat generating layer 3, 3 ', also between the Si substrate 1 on the electrode 33 which had been the same face the lower electrode 32 of the cantilever Upon application of an appropriate bias by an electrostatic force between the electrodes can be driven in the Z-axis direction. 【0047】次に、実施例1と同様に、図に示したような上記カンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡で、試料103にHOPG(グラファイト)板を用いて表面観察を行なったところ、実施例1と同様に良好な原子像を得ることができた。 Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe as shown in FIG. 7, was subjected to surface observation using a HOPG (graphite) plate on the sample 103 , it was possible to obtain the same good atomic image as in example 1. 【0048】また、上記カンチレバー型プローブを、図 [0048] Further, the cantilever type probe, FIG.
に示したように同一基板上に複数個形成して集積化カンチレバー型プローブを作製した。 To prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in 8. また、実施例1と同様に図に示したような、上記集積化カンチレバー型プローブを用いた情報処理装置においても、実施例1と同様に高速で信頼性の高い情報の記録,再生,消去を行うことができた。 Further, as shown in FIG. 9 in the same manner as in Example 1, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, recording of reliable information at a high speed in the same manner as in Example 1, back, deleting I was able to do. 【0049】 実施例4 実施例では、図3に示した本発明の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作製した。 [0049] EXAMPLE 4 In this example, to produce a cantilever type probe using the onset bright cantilever type displacement element shown in FIG. 実施例3と異なる点は、発熱体層3,3'をドーパントP Example 3 differs from the heat generating layer 3, 3 'dopant P
olySiに換えて、比較的高抵抗な金属例えばTa, Instead of OlySi, relatively high-resistance metal e.g. Ta,
W,Mo等を用い、また、カンチレバーの支持体2としてPolySiあるいはSiO 2を用いたことである。 W, with Mo and the like, also is that using the PolySi or SiO 2 as a support 2 of the cantilever.
カンチレバーの駆動は、実施例3と同様、発熱体層3, Cantilever driving, as in Example 3, the heat generating layer 3,
3'の電流制御によりY軸方向、カンチレバー下面の電極32とSi基板1上の電極33間のバイアス印加によりZ軸方向に行うことができる。 The current control 3 'Y-axis direction, by biasing between the cantilever lower surface of the electrode 32 and the Si substrate 1 on the electrode 33 can be performed in the Z-axis direction. 本実施例においても発熱体層のパターンは図 (a),(b)のようにしても良い。 Pattern of the heat generating layer in the present embodiment FIG. 6 (a), the may be of (b). 【0050】次に、実施例1と同様に、図に示したような上記カンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡で、試料103にHOPG(グラファイト)板を用いて表面観察を行なったところ、実施例1と同様に良好な原子像を得ることができた。 Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe as shown in FIG. 7, was subjected to surface observation using a HOPG (graphite) plate on the sample 103 , it was possible to obtain the same good atomic image as in example 1. 【0051】また、上記カンチレバー型プローブを、図 [0051] In addition, the above-mentioned cantilever type probe, as shown in FIG.
に示したように同一基板上に複数個形成して集積化カンチレバー型プローブを作製した。 To prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in 8. また、実施例1と同様に図に示したような、上記集積化カンチレバー型プローブを用いた情報処理装置においても、実施例1と同様に高速で信頼性の高い情報の記録,再生,消去を行うことができた。 Further, as shown in FIG. 9 in the same manner as in Example 1, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, recording of reliable information at a high speed in the same manner as in Example 1, back, deleting I was able to do. 【0052】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のカンチレバー型変位素子あるいはカンチレバー型プローブでは、 [0052] As described in the foregoing, in a cantilever type displacement element or a cantilever type probe of the present invention,
以下の効果を有する。 It has the following effect. 本発明のカンチレバー型変位素子は、熱駆動を行うことで、圧電体膜を用いないため、空気中の水分等の吸収による特性の変化あるいは劣化が発生しない。 Cantilever type displacement element of the present invention, by performing the thermal drive, uses no piezoelectric film, change or deterioration in characteristics due to the absorption of such moisture in the air does not occur. また、従来の圧電体膜のような柱状構造を有しないため、機械的強度や耐久性を高めることが可能となり、さらには、素子形成時の内部応力が低下し、カンチレバーの反りを低減することができる。 Moreover, since it does not have a columnar structure as in the conventional piezoelectric film, it is possible to increase the mechanical strength and durability, further, reduces the internal stress during device formation, reducing the warp of the cantilever that can. また、これを用いたカンチレバー型プローブは、信頼性の高い検出素子となった。 Further, the cantilever type probe using the same, has become a reliable detection device. 【0053】また、本発明による上記カンチレバー型プローブあるいは、これを同一基板上に複数集積してなる集積化カンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡では高速かつ信頼性の高い像観察が可能となる。 [0053] Further, the present invention the cantilever probe or by, this allows fast and reliable image observation is run査型tunneling microscope using multiple integrated and formed by integrating a cantilever type probe on the same substrate as the Become. 【0054】さらに、上記カンチレバー型プローブ、集積化カンチレバー型プローブを用いた情報処理装置は、 [0054] Further, the information processing apparatus using the cantilever probe, the integrated cantilever probe,
高速で記録再生等を行うことができるとともに、エラーの発生の少ない信頼性の高い装置となる。 It is possible to perform high speed recording or the like, the generation less reliable device error.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の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の一例を示す斜視図である。 Is a perspective view showing an example of BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] This onset Ming cantilever probe with a cantilever type displacement element. 【図2】図1の各切断面での断面図である。 2 is a cross-sectional view at the cutting plane of FIG. 1. 【図3】本発明の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の他の例を示す斜視図である。 3 is a perspective view showing another example of a cantilever type probe using the onset bright cantilever type displacement element. 【図4】図の各切断面での断面図である。 4 is a sectional view at the cutting plane of FIG. 【図5】実施例1のカンチレバー型プローブの作製方法を説明するための図である。 5 is a diagram for illustrating a manufacturing method of a cantilever type probe of Example 1. 【図6】本発明のカンチレバー型変位素子における発熱体層のパターンの一例を示した図である。 6 is a diagram showing an example of a pattern of the heat generating layer in this onset bright cantilever type displacement element. 【図7】本発明による走査型トンネル顕微鏡の概略図の一例である。 7 is an example of a schematic view of a scanning tunneling microscope according to the present invention. 【図8】本発明による集積化カンチレバー型プローブを模式的に示した図である。 8 is a diagram schematically illustrating an integrated cantilever probe according to the present invention. 【図9】本発明による情報処理装置のブロック構成図の一例である。 9 is an example of a block diagram of an information processing apparatus according to the present invention. 【図10】プローブヘッド制御回路の詳細ブロック構成図である。 10 is a detailed block diagram of the probe head control circuit. 【図11】実施例2のカンチレバー型プローブの斜視図である。 11 is a perspective view of a cantilever type probe of Example 2. 【図12】実施例3のカンチレバー型プローブの作製方法を説明するための図である。 12 is a diagram for illustrating a manufacturing method of a cantilever type probe of Example 3. 【図13】従来の圧電体バイモルフからなるカンチレバー型変位素子の例である。 13 is an example of the cantilever type displacement element comprising a conventional piezoelectric bimorph. 【図14】従来の圧電体バイモルフからなるカンチレバー型変位素子の駆動状態を示す図である。 14 is a diagram showing a driving state of the cantilever type displacement element comprising a conventional piezoelectric bimorph. 【符号の説明】 1 シリコン基板2 カンチレバーの支持体3,3',4,4' 発熱体層5 プローブ6 引き出し電極31 SiO 2層32,33 静電駆動用電極81 Siナイトライドからなるマスク層101 シリコン基板102 カンチレバー型プローブ103 試料104 XY微動機構105 Z方向粗動用圧電素子106 バイアス回路107 トンネル電流検出回路109 XY位置制御回路110 Z方向サーボ回路111 Z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115 XY微動駆動回路117 X−シフトレジスタ118 Y−シフトレジスタ119 回路部120 カンチレバー121 マトリクス配線122 ボンディングパッド123 集積化カンチレバー型プローブ124 XYアクチュエータ125 走査回路 [EXPLANATION OF SYMBOLS] 1 silicon substrate 2 cantilever support 3,3 ', 4,4' heat generating layer 5 probe 6 lead electrode 31 SiO 2 layer 32, 33 electrostatic drive electrode 81 Si mask layer made of nitride 101 silicon substrate 102 cantilever probe 103 samples 104 XY fine movement mechanism 105 Z-direction coarse movement piezoelectric element 106 bias circuit 107 tunnel current detecting circuit 109 XY position control circuit 110 Z-direction servo circuit 111 Z-direction coarse movement driving circuit 112 control circuit 113 displays 114 approaching mechanism 115 XY fine movement drive circuit 117 X- shift register 118 Y- shift register 119 circuit 120 cantilever 121 matrix wiring 122 bonding pad 123 integrated cantilever probe 124 XY actuator 125 scanning circuit 26 記録媒体127 傾き補正アクチュエータ128 傾き補正回路129 構造体130 プローブヘッド制御回路131a 符号器131b 復合器132 距離制御回路133 カンチレバー駆動回路134 走査クロック135 Y−アドレスカウンタ136 X−アドレスカウンタ137 プローブアドレス138 コンパレータ139 基準電圧Vref 140〜142 プローブ制御テーブル143 アドレスバス144 プローブ制御信号群201 圧電体202 電極 26 recording medium 127 tilt correction actuator 128 inclination correction circuit 129 structure 130 probe head control circuit 131a encoder 131b Fukugoki 132 distance control circuit 133 cantilever drive circuit 134 scanning clock 135 Y- address counter 136 X- address counter 137 probe address 138 comparator 139 reference voltage Vref 140-142 probe control table 143 an address bus 144 probe control signal group 201 piezoelectric body 202 electrodes

───────────────────────────────────────────────────── 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 新庄 克彦 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4−95804(JP,A) 特開 昭61−206148(JP,A) 特開 平4−121603(JP,A) 実開 昭59−2344(JP,U) 実公 平2−40485(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H02N 10/00 F03G 7/06 G01N 13/10 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Keisuke Yamamoto Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon within Co., Ltd. (72) inventor Katsuhiko Shinjo Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon in Inc. (56) references Patent Rights 4-95804 (JP, A) JP Akira 61-206148 (JP, A) Patent Rights 4-121603 (JP, A) JitsuHiraku Akira 59-2344 (JP, U) real public flat 2-40485 (JP, Y2) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H02N 10/00 F03G 7/06 G01N 13/10

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上に片持ち梁状に形成された変位素子と、該変位素子の自由端部に配置された探針とを有す (57) Yusuke and Claims 1. A displacement element formed in a cantilever shape on a substrate, and a probe disposed at the free end of the displacement element
    るカンチレバー型プローブであって 、該変位素子は、 A that the cantilever type probe, the displacement element is supported
    持体と、該支持体に対して対称に配置された少なくとも And lifting member, at least arranged symmetrically with respect to the support
    1対の発熱体層とで形成され 、該発熱体層の熱駆動により変位するものであり、全発熱体層に同一電流を流すことによって伸縮し、該1対の発熱体層の一方にのみ電流を流すことによって該伸縮の方向と直交する方向に変位することを特徴とするカンチレバー型プローブ Is formed by a pair of heat generating layer, which is displaced by the heat driving of the heat generating body layer, expand and contract by supplying the same current to all the heat generating layer, only one of the heat generating layer of said pair cantilever probe, which comprises displacement by applying a current in a direction perpendicular to the direction of該伸contraction. 【請求項2】 前記変位素子は、一対の発熱体層が支持 Wherein said displacement element is a pair of the heating element layer is supported
    体の上下面に各々設けられ、上面の1対の発熱体層また Each is provided on the upper and lower surfaces of the body, the heating element layer a pair of top surface also
    は下面の1対の発熱体層にのみ電流を流すことによっ It is depending on applying a current only to the heat generating layer of a pair of lower surface
    て、前記基板面に垂直な方向に変位することを特徴とする請求項1記載のカンチレバー型プローブ Te, cantilever probe according to claim 1, wherein the displacement in the direction perpendicular to the substrate surface. 【請求項3】 前記支持体の下面と前記基板面に電極を The wherein the electrodes on the lower surface and the substrate surface of the support
    有し、静電力によって基板面と垂直な方向に変位する Has displaced in a direction perpendicular to the said substrate surface by an electrostatic force
    ことを特徴とする請求項1記載のカンチレバー型プロー Cantilever probe according to claim 1, wherein the
    Breakfast. 【請求項4】 前記変位素子の伸縮及びそれに直交する方向の変位によって、前記探針を2次元走査させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のカンチレバー型プローブ。 By 4. A stretching and direction of displacement perpendicular to that of the displacement element, a cantilever type probe according to any one of claims 1 to 3, characterized in that two-dimensionally scanning the probe. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載のカンチレバー型プローブを、同一基板上に複数配置したことを特徴とする集積化カンチレバー型プローブ。 5. The integrated cantilever probe, characterized in that the cantilever type probe according to any one of claims 1 to 4, a plurality arranged on the same substrate.
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