JPH04369418A - カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置 - Google Patents
カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置Info
- Publication number
- JPH04369418A JPH04369418A JP17034891A JP17034891A JPH04369418A JP H04369418 A JPH04369418 A JP H04369418A JP 17034891 A JP17034891 A JP 17034891A JP 17034891 A JP17034891 A JP 17034891A JP H04369418 A JPH04369418 A JP H04369418A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- conductive layer
- probe
- type probe
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 230000010399 physical interaction Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- GLGZJMAYDWXROS-UHFFFAOYSA-N 4-(4-decylphenyl)benzonitrile Chemical group C1=CC(CCCCCCCCCC)=CC=C1C1=CC=C(C#N)C=C1 GLGZJMAYDWXROS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物質の表面を高分解で
観察できる原子間力顕微鏡、及び原子間力顕微鏡を応用
した高密度情報処理装置に関する。
観察できる原子間力顕微鏡、及び原子間力顕微鏡を応用
した高密度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、「Ｓ
ＴＭ」と略す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ
ａｌ．．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９（１９
８２）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。ＳＴＭは金属のプローブ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の分解能で観察する
ことができる。しかし、ＳＴＭによる解析は、導電性の
サンプルに限られ、絶縁性のサンプルの観察には向かな
いという問題点があった。そこで、新たに、原子間力顕
微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｅ；以後「ＡＦＭ」と略す）というアイデアが提唱
された（Ｂｉｎｎｉｇ他Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
５６（１９８６）９３０参照）。ＡＦＭは、物質間に働
く力によって物質表面の形状を２次元的に観察するもの
であり、ＳＴＭと異なり導電性のない材料表面や有機分
子をナノメートルスケールで観察できることから広範な
応用が期待されている。
造を直接観測できる走査型トンネル顕微鏡（以下、「Ｓ
ＴＭ」と略す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ
ａｌ．．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９（１９
８２）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。ＳＴＭは金属のプローブ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の分解能で観察する
ことができる。しかし、ＳＴＭによる解析は、導電性の
サンプルに限られ、絶縁性のサンプルの観察には向かな
いという問題点があった。そこで、新たに、原子間力顕
微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｅ；以後「ＡＦＭ」と略す）というアイデアが提唱
された（Ｂｉｎｎｉｇ他Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
５６（１９８６）９３０参照）。ＡＦＭは、物質間に働
く力によって物質表面の形状を２次元的に観察するもの
であり、ＳＴＭと異なり導電性のない材料表面や有機分
子をナノメートルスケールで観察できることから広範な
応用が期待されている。
【０００３】通常ＡＦＭは先端径の小さな探針をもつカ
ンチレバー部と、このカンチレバーの曲がりを測定する
変位測定部から構成される。この探針については、カン
チレバーの自由端にカンチレバー本体とは別個に作製さ
れる場合や、カンチレバー自体を試料面と傾けて設置す
ることによりカンチレバーの自由端を探針として用いる
場合等がある。
ンチレバー部と、このカンチレバーの曲がりを測定する
変位測定部から構成される。この探針については、カン
チレバーの自由端にカンチレバー本体とは別個に作製さ
れる場合や、カンチレバー自体を試料面と傾けて設置す
ることによりカンチレバーの自由端を探針として用いる
場合等がある。
【０００４】一般に物質表面間には、比較的遠距離にお
いては分散力による微弱な引力が、近距離では付力が働
く。カンチレバーの曲がりはこの作用する力に比例する
ので、この曲がりを測定することによって、探針先端と
これに数ｎｍ以内に近接する試料表面間に働く微弱で局
所的な力を検出することが可能となる。さらに試料を走
査することで試料表面の力の２次元的情報が得られる。 さらに、カンチレバーの曲がりを一定にするようにフィ
ードバックをかけながら走査することにより、試料表面
の微小な凹凸形状を観察できる。
いては分散力による微弱な引力が、近距離では付力が働
く。カンチレバーの曲がりはこの作用する力に比例する
ので、この曲がりを測定することによって、探針先端と
これに数ｎｍ以内に近接する試料表面間に働く微弱で局
所的な力を検出することが可能となる。さらに試料を走
査することで試料表面の力の２次元的情報が得られる。 さらに、カンチレバーの曲がりを一定にするようにフィ
ードバックをかけながら走査することにより、試料表面
の微小な凹凸形状を観察できる。
【０００５】ＡＦＭによる分解能は水平方向で１ｎｍ程
度以下であるので、試料表面に１０ｎｍ程度の間隔で凹
凸を作製し、それをＡＦＭで読み出すことによって、１
０１２ビット／ｃｍ２近い超高密度のメモリを作製する
ことも可能である。
度以下であるので、試料表面に１０ｎｍ程度の間隔で凹
凸を作製し、それをＡＦＭで読み出すことによって、１
０１２ビット／ｃｍ２近い超高密度のメモリを作製する
ことも可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は以下に示すような問題点がある。
は以下に示すような問題点がある。
【０００７】カンチレバーの変位の検出感度を上げるた
めには、弾性定数が非常に小さいカンチレバーにしなけ
ればならない。しかしながら、走査系の掃引周波数と防
振の点から、カンチレバーの共振周波数を低くすること
はできない。特に、情報処理装置に応用する際はこれは
必須条件である。以上の２つの相反する条件を満足する
ためにはカンチレバーの寸法を極力小さくしなければな
らないが、カンチレバーの微小化は、カンチレバー自体
を高精度に作製するのが困難になる上に、カンチレバー
の変位測定系もそれに応じて小型化しなければならず、
作製が困難になる。結局、共振周波数と、測定される試
料の硬度との２つの観点から、種々の試料をそれぞれの
最適条件で測定するには、試料ごとに異なったカンチレ
バーを使用せざるを得なかった。
めには、弾性定数が非常に小さいカンチレバーにしなけ
ればならない。しかしながら、走査系の掃引周波数と防
振の点から、カンチレバーの共振周波数を低くすること
はできない。特に、情報処理装置に応用する際はこれは
必須条件である。以上の２つの相反する条件を満足する
ためにはカンチレバーの寸法を極力小さくしなければな
らないが、カンチレバーの微小化は、カンチレバー自体
を高精度に作製するのが困難になる上に、カンチレバー
の変位測定系もそれに応じて小型化しなければならず、
作製が困難になる。結局、共振周波数と、測定される試
料の硬度との２つの観点から、種々の試料をそれぞれの
最適条件で測定するには、試料ごとに異なったカンチレ
バーを使用せざるを得なかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記問
題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、共
振周波数が高く、且つ測定される試料に応じて幅広い範
囲で弾性定数を変化させることが可能で、且つＡＦＭ系
全体の作製が容易なようにある程度の大きさを有するカ
ンチレバー型プローブを提供し、さらに、該カンチレバ
ー型プローブを用いたＡＦＭ、及び情報処理装置を提供
することにある。
題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、共
振周波数が高く、且つ測定される試料に応じて幅広い範
囲で弾性定数を変化させることが可能で、且つＡＦＭ系
全体の作製が容易なようにある程度の大きさを有するカ
ンチレバー型プローブを提供し、さらに、該カンチレバ
ー型プローブを用いたＡＦＭ、及び情報処理装置を提供
することにある。
【０００９】上記目的は以下の構成により達成される。
【００１０】即ち、本発明はカンチレバー型弾性変形部
の自由端部先端に物理的相互作用により情報入力を行な
う情報入力部を有してなるカンチレバー型プローブであ
って、該カンチレバーの少なくとも一面に導電性層が形
成され、カンチレバーの固定端支持台に該導電性層と対
向し且つ該導電性層との距離が互いに異なる複数の電極
が設けられていることを特徴とするカンチレバー型プロ
ーブ、及び、上記カンチレバー型プローブを用いること
を特徴とする原子間力顕微鏡、さらに、上記カンチレバ
ー型プローブを用いることを特徴とする情報処理装置で
ある。
の自由端部先端に物理的相互作用により情報入力を行な
う情報入力部を有してなるカンチレバー型プローブであ
って、該カンチレバーの少なくとも一面に導電性層が形
成され、カンチレバーの固定端支持台に該導電性層と対
向し且つ該導電性層との距離が互いに異なる複数の電極
が設けられていることを特徴とするカンチレバー型プロ
ーブ、及び、上記カンチレバー型プローブを用いること
を特徴とする原子間力顕微鏡、さらに、上記カンチレバ
ー型プローブを用いることを特徴とする情報処理装置で
ある。
【００１１】図１を用いて、本発明の原理を説明する。
１は支持台、２はカンチレバー、３は探針、４は試料、
５，６，７は電極、８，９はバイアス電圧である。ここ
で、本発明のポイントを明確にするために、カンチレバ
ーは、長さＬ、幅Ｗ、厚さＴとし、材質のヤング率をＥ
、密度をρとする。また、電極５と６、５と７の対向面
積は共にｌ×ｗとし、電極５と６、５と７の間隔はそれ
ぞれｄ１，ｄ２、及びバイアス電圧８，９はそれぞれＶ
１，Ｖ２とする。
５，６，７は電極、８，９はバイアス電圧である。ここ
で、本発明のポイントを明確にするために、カンチレバ
ーは、長さＬ、幅Ｗ、厚さＴとし、材質のヤング率をＥ
、密度をρとする。また、電極５と６、５と７の対向面
積は共にｌ×ｗとし、電極５と６、５と７の間隔はそれ
ぞれｄ１，ｄ２、及びバイアス電圧８，９はそれぞれＶ
１，Ｖ２とする。
【００１２】上記カンチレバー２は、試料４の表面の凹
凸に従って変形（曲げ変形）するが、この際の弾性定数
は
凸に従って変形（曲げ変形）するが、この際の弾性定数
は
【００１３】
【数１】
である。一方、平行平板型コンデンサの電極には引力が
働き、その大きさＦは
働き、その大きさＦは
【００１４】
【数２】
であって、カンチレバーの先端がΔｄだけ上部にたわん
だ時、引力Ｆがカンチレバーの中心部に働くとして
だ時、引力Ｆがカンチレバーの中心部に働くとして
【０
０１５】
０１５】
【数３】
だけ変化する。つまり、ΔＦによっても、カンチレバー
は曲げられることになり、結局実効的な弾性定数は
は曲げられることになり、結局実効的な弾性定数は
【０
０１６】
０１６】
【数４】
となる。この式から明らかなように、実効的弾性定数の
変化量は、バイアス電圧の２乗に比例し、電極ギャップ
の３乗に反比例する。つまり、バイアス電圧、電極ギャ
ップを変化させれば実効的弾性定数を変化させうるが、
電極ギャップの異なる電極対を複数設けることにより、
一対の場合に比較してはるかに広い範囲で実効的弾性定
数を変化させうることがわかる。
変化量は、バイアス電圧の２乗に比例し、電極ギャップ
の３乗に反比例する。つまり、バイアス電圧、電極ギャ
ップを変化させれば実効的弾性定数を変化させうるが、
電極ギャップの異なる電極対を複数設けることにより、
一対の場合に比較してはるかに広い範囲で実効的弾性定
数を変化させうることがわかる。
【００１７】次に、共振周波数については、
【００１８
】
】
【数５】
であって、変化量は、バイアス電圧の１乗程度でしかな
い。
い。
【００１９】以上のように、平行平板コンデンサを形成
し、共振周波数はなるべく変化させず、弾性定数のみを
任意に変化させうる。従って、試料の剛性により、弾性
定数を変化させ、且つ高い走査周波数で駆動できる。
し、共振周波数はなるべく変化させず、弾性定数のみを
任意に変化させうる。従って、試料の剛性により、弾性
定数を変化させ、且つ高い走査周波数で駆動できる。
【００２０】尚、上記説明では、情報入力用の探針は、
カンチレバーと別個に設けられた例を用いたが、カンチ
レバーの自由端を、情報入力部（探針）としても全く同
様であるのは明らかである。
カンチレバーと別個に設けられた例を用いたが、カンチ
レバーの自由端を、情報入力部（探針）としても全く同
様であるのは明らかである。
【００２１】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
る。
【００２２】実施例１
図２に実施例１のカンチレバー型プローブの作製工程図
を示す。先ず、カンチレバー側（ａ）〜（ｂ）であるが
、最初に厚さ２５０μｍのＳｉ（１００）基板１０１上
に、ＬＰ−ＣＶＤ法によりＳｉ窒化膜１０２，１０３を
５００Å積層し、フォトリソグラフィーによりパターニ
ングし、エッチングマスクとする。次に、Ａｕ電極１０
４を５００Å積層し、パターニングした。さらに、プラ
ズマＣＶＤ法により、アモルファスＳｉ窒化膜１０５を
１μｍ堆積し、その上部に蒸着法により、タングステン
の探針１０６を作製した（以上（ａ））。続いて、ＫＯ
Ｈ液によるＳｉの異方性エッチングを行ない、カンチレ
バーを作製した（以上（ｂ））。次に、対向電極側（ｃ
）〜（ｄ）については、先ず厚さ２５０μｍのＳｉ（１
００）基板１０７上に、４μｍの段差を作製した上にＬ
Ｐ−ＣＶＤ法により、Ｓｉ窒化膜１０８，１０９を積層
し、パターニングして、エッチングマスクとした（以上
（ｃ））。続いて、ＫＯＨ液によるＳｉの異方性エッチ
ングで台形状の基体を作製した。この時、Ｓｉ部の厚み
は約４μｍ残っていた。その上部にＡｕ電極１１０，１
１１を５００Å積層した。ここで図には示されていない
が、変位検出用の光ファイバーを設置するために、Ａｕ
電極１１１を積層する前の段階で、台形上の基体に直径
約５０μｍの貫通穴を作製してある（以上（ｄ））。
を示す。先ず、カンチレバー側（ａ）〜（ｂ）であるが
、最初に厚さ２５０μｍのＳｉ（１００）基板１０１上
に、ＬＰ−ＣＶＤ法によりＳｉ窒化膜１０２，１０３を
５００Å積層し、フォトリソグラフィーによりパターニ
ングし、エッチングマスクとする。次に、Ａｕ電極１０
４を５００Å積層し、パターニングした。さらに、プラ
ズマＣＶＤ法により、アモルファスＳｉ窒化膜１０５を
１μｍ堆積し、その上部に蒸着法により、タングステン
の探針１０６を作製した（以上（ａ））。続いて、ＫＯ
Ｈ液によるＳｉの異方性エッチングを行ない、カンチレ
バーを作製した（以上（ｂ））。次に、対向電極側（ｃ
）〜（ｄ）については、先ず厚さ２５０μｍのＳｉ（１
００）基板１０７上に、４μｍの段差を作製した上にＬ
Ｐ−ＣＶＤ法により、Ｓｉ窒化膜１０８，１０９を積層
し、パターニングして、エッチングマスクとした（以上
（ｃ））。続いて、ＫＯＨ液によるＳｉの異方性エッチ
ングで台形状の基体を作製した。この時、Ｓｉ部の厚み
は約４μｍ残っていた。その上部にＡｕ電極１１０，１
１１を５００Å積層した。ここで図には示されていない
が、変位検出用の光ファイバーを設置するために、Ａｕ
電極１１１を積層する前の段階で、台形上の基体に直径
約５０μｍの貫通穴を作製してある（以上（ｄ））。
【００２３】以上の２つの部分を（ｅ）のようにはりあ
わせて、対向電極をもつカンチレバー型プローブを作製
した。電極１０４と、１１０，１１１との間隔はそれぞ
れ４，８μｍであった。尚、カンチレバーは矩形とし、
長さ３００μｍ、幅１００μｍ、厚さ約１．１μｍであ
り、電極１０４と電極１１０，１１１の対向している部
分は、１００μｍ×１５０μｍであった。
わせて、対向電極をもつカンチレバー型プローブを作製
した。電極１０４と、１１０，１１１との間隔はそれぞ
れ４，８μｍであった。尚、カンチレバーは矩形とし、
長さ３００μｍ、幅１００μｍ、厚さ約１．１μｍであ
り、電極１０４と電極１１０，１１１の対向している部
分は、１００μｍ×１５０μｍであった。
【００２４】上記カンチレバー型プローブの電極１０４
，１１０間および１０４，１１１間にバイアス電圧を１
０Ｖ印加した時の共振周波数は、バイアス電圧を印加し
ないときとかわらず１４ｋＨｚであった。
，１１０間および１０４，１１１間にバイアス電圧を１
０Ｖ印加した時の共振周波数は、バイアス電圧を印加し
ないときとかわらず１４ｋＨｚであった。
【００２５】また、弾性定数についてであるが、弾性定
数を直接的に測定するのは困難である。計算値では、バ
イアス印加なしの時は、ｋ＝０．１８（Ｎ／ｍ）電極１
０４，１１０間に１０Ｖ印加の時は、ｋ＝０．０８（Ｎ
／ｍ） 電極１０４，１１１間に１０Ｖ印加の時はｋ＝０．１６
（Ｎ／ｍ） 電極１０４と１１０、１０４と１１１間に１０Ｖ印加の
時はｋ＝０．０６（Ｎ／ｍ） となる。この違いは、次に示す実施例２において説明す
る。
数を直接的に測定するのは困難である。計算値では、バ
イアス印加なしの時は、ｋ＝０．１８（Ｎ／ｍ）電極１
０４，１１０間に１０Ｖ印加の時は、ｋ＝０．０８（Ｎ
／ｍ） 電極１０４，１１１間に１０Ｖ印加の時はｋ＝０．１６
（Ｎ／ｍ） 電極１０４と１１０、１０４と１１１間に１０Ｖ印加の
時はｋ＝０．０６（Ｎ／ｍ） となる。この違いは、次に示す実施例２において説明す
る。
【００２６】実施例２
実施例１のカンチレバー型プローブを用いて、ＡＦＭを
作製した。図３に本実施例のＡＦＭの構成図を示す。除
振台２０１の上に支持台２０２があり、その上にＸＹス
テージ２０３、Ｚ微動機構２０４が構成され、その上部
に試料２０５が載せられる。また、プローブは、カンチ
レバー２０６上の探針２０７を用いる。ここで、対向電
極、バイアス電圧印加装置等は省略してある。信号検出
系は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー２０９からの入射光は、ビー
ムスプリッタ２１０、光ファイバー２０８を経て、カン
チレバー２０６先端部に照射され、その反射光は逆に、
光ファイバー２０８、ビームスプリッタ２１０を経て、
光検出器２１１により電気信号に変換される（光波干渉
法）。出力信号、ＸＹ走査信号、Ｚ方向フィードバック
信号はマイクロコンピュータ２１４により制御され、Ｘ
Ｙ走査制御部２１２、Ｚ方向フィードバック制御部２１
３を介して、試料２０５がＸＹ方向に走査され、探針２
０７と試料表面との距離が一定に保たれる。
作製した。図３に本実施例のＡＦＭの構成図を示す。除
振台２０１の上に支持台２０２があり、その上にＸＹス
テージ２０３、Ｚ微動機構２０４が構成され、その上部
に試料２０５が載せられる。また、プローブは、カンチ
レバー２０６上の探針２０７を用いる。ここで、対向電
極、バイアス電圧印加装置等は省略してある。信号検出
系は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー２０９からの入射光は、ビー
ムスプリッタ２１０、光ファイバー２０８を経て、カン
チレバー２０６先端部に照射され、その反射光は逆に、
光ファイバー２０８、ビームスプリッタ２１０を経て、
光検出器２１１により電気信号に変換される（光波干渉
法）。出力信号、ＸＹ走査信号、Ｚ方向フィードバック
信号はマイクロコンピュータ２１４により制御され、Ｘ
Ｙ走査制御部２１２、Ｚ方向フィードバック制御部２１
３を介して、試料２０５がＸＹ方向に走査され、探針２
０７と試料表面との距離が一定に保たれる。
【００２７】先ず、試料として、水晶のへき開面を用い
たところ、カンチレバー部の２組の対向電極間にバイア
ス電圧を１０Ｖ印加した時と、印加しなかった時とでほ
とんど変化は見られずどちらの場合も結晶構造に対応す
る配列が観察された。次に、試料として、ＨＯＰＧ高配
向グラファイト上に液晶分子４−シアノ−４’−ｎ−デ
シルビフェニルを積層したものを用いた場合、バイアス
電圧の印加の有無により明らかな差異が見られた。つま
り、印加なしの時よりも、図２中電極１０４，１１０間
に１０Ｖ印加時のほうが、さらに１０４と１１０、１０
４と１１０両電極間に１０Ｖ印加時のほうがＳ／Ｎ比の
よい観察像が得られた。これは、柔かい試料の場合、カ
ンチレバーの弾性定数を小さくした方が試料自体の変形
が小さく良好な結果が得られるからであると考えられる
。
たところ、カンチレバー部の２組の対向電極間にバイア
ス電圧を１０Ｖ印加した時と、印加しなかった時とでほ
とんど変化は見られずどちらの場合も結晶構造に対応す
る配列が観察された。次に、試料として、ＨＯＰＧ高配
向グラファイト上に液晶分子４−シアノ−４’−ｎ−デ
シルビフェニルを積層したものを用いた場合、バイアス
電圧の印加の有無により明らかな差異が見られた。つま
り、印加なしの時よりも、図２中電極１０４，１１０間
に１０Ｖ印加時のほうが、さらに１０４と１１０、１０
４と１１０両電極間に１０Ｖ印加時のほうがＳ／Ｎ比の
よい観察像が得られた。これは、柔かい試料の場合、カ
ンチレバーの弾性定数を小さくした方が試料自体の変形
が小さく良好な結果が得られるからであると考えられる
。
【００２８】実施例３
本実施例は、実施例１のカンチレバーを用いた情報処理
装置である。ただし、本実施例においては、カンチレバ
ーの探針がついている側をＰｔコーティングしてある（
図４参照、１１２はＰｔコーティング層）。
装置である。ただし、本実施例においては、カンチレバ
ーの探針がついている側をＰｔコーティングしてある（
図４参照、１１２はＰｔコーティング層）。
【００２９】図５に本実施例の情報処理装置の構成図を
示す。基本構成は実施例２と同様で、探針２０７と記録
媒体２１５の間に、情報記録用のパルス電圧印加装置２
１６が付加されている点である。記録媒体は、ガラス基
板上に成膜したＡｕを用いた。このＡｕ薄膜と、探針２
０７との間に数Ｖ、数μｓｅｃ程度のパルス電圧を印加
して直径約１０ｎｍの凸部を形成し、記録ビットとした
。次に、ＡＦＭとして動作させ、記録ビットの読み出し
を行ったところ、カンチレバーの２組の対向電極間に１
０Ｖのバイアス電圧を印加した場合、印加なしの時に比
較して、Ｓ／Ｎのよい情報読み出しが可能であった。 これは、Ａｕの凸部が力学的に弱いため、カンチレバー
の弾性定数が小さい方が良好であったと考えられる。な
お、本実施例においては、パルス電圧印加によって記録
媒体上に凸部を形成し記録を行ったが、記録媒体上に凹
凸の情報を生成しうる方法ならばこの限りではない。
示す。基本構成は実施例２と同様で、探針２０７と記録
媒体２１５の間に、情報記録用のパルス電圧印加装置２
１６が付加されている点である。記録媒体は、ガラス基
板上に成膜したＡｕを用いた。このＡｕ薄膜と、探針２
０７との間に数Ｖ、数μｓｅｃ程度のパルス電圧を印加
して直径約１０ｎｍの凸部を形成し、記録ビットとした
。次に、ＡＦＭとして動作させ、記録ビットの読み出し
を行ったところ、カンチレバーの２組の対向電極間に１
０Ｖのバイアス電圧を印加した場合、印加なしの時に比
較して、Ｓ／Ｎのよい情報読み出しが可能であった。 これは、Ａｕの凸部が力学的に弱いため、カンチレバー
の弾性定数が小さい方が良好であったと考えられる。な
お、本実施例においては、パルス電圧印加によって記録
媒体上に凸部を形成し記録を行ったが、記録媒体上に凹
凸の情報を生成しうる方法ならばこの限りではない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により以下
のような効果がある。■任意にカンチレバーの実効的弾
性定数を変化しうるので、ＡＦＭにおいて、柔かい試料
から硬い試料までＳ／Ｎ比よく観察ができる。■ カ
ンチレバーをむやみに小さくする必要がなくなるので、
カンチレバー自体さらには、変位測定系の作製が容易と
なる。■ 情報処理装置において、記録媒体の硬度を
選ばず使用できる。さらに、共振周波数を高く設定でき
るので高速走査が可能となり、記録情報の読み出し速度
を向上できる。
のような効果がある。■任意にカンチレバーの実効的弾
性定数を変化しうるので、ＡＦＭにおいて、柔かい試料
から硬い試料までＳ／Ｎ比よく観察ができる。■ カ
ンチレバーをむやみに小さくする必要がなくなるので、
カンチレバー自体さらには、変位測定系の作製が容易と
なる。■ 情報処理装置において、記録媒体の硬度を
選ばず使用できる。さらに、共振周波数を高く設定でき
るので高速走査が可能となり、記録情報の読み出し速度
を向上できる。
【図１】本発明のカンチレバー型プローブの原理図であ
る。
る。
【図２】本発明のカンチレバー型プローブの作製工程図
である。
である。
【図３】本発明の実施例２のＡＦＭの構成図である。
【図４】本発明の実施例３のカンチレバー型プローブの
断面図である。
断面図である。
【図５】本発明の実施例３の情報処理装置の構成図であ
る。
る。
１ 支持台
２ カンチレバー
３ 探針
４ 試料
５，６，７ 電極
８，９ バイアス電圧
１０１ Ｓｉ基板
１０２，１０３ Ｓｉ窒化膜
１０４ Ａｕ電極
１０５ アモルファスＳｉ窒化膜
１０６ 探針
１０７ Ｓｉ基板
１０８，１０９ Ｓｉ窒化膜
１１０，１１１ Ａｕ電極
１１２ Ｐｔコーティング層
２０２ 支持台
２０３ ＸＹステージ
２０４ Ｚ微動機構
２０５ 試料
２０６ カンチレバー
２０７ 探針
２０８ 光ファイバー
２０９ Ｈｅ−Ｎｅレーザー
２１０ ビームスプリッタ
２１１ 光検出器
２１２ ＸＹ走査制御部
２１３ Ｚ方向フィードバック制御部２１４ マイ
クロコンピュータ ２１５ 記録媒体 ２１６ パルス電圧印加装置
クロコンピュータ ２１５ 記録媒体 ２１６ パルス電圧印加装置
Claims (3)
- 【請求項１】 カンチレバー型弾性変形部の自由端部
先端に物理的相互作用により情報入力を行なう情報入力
部を有してなるカンチレバー型プローブであって、該カ
ンチレバーの少なくとも一面に導電性層が形成され、カ
ンチレバーの固定端支持台に該導電性層と対向し且つ該
導電性層との距離が互いに異なる複数の電極が設けられ
ていることを特徴とするカンチレバー型プローブ。 - 【請求項２】 カンチレバー型プローブと、試料台と
、該カンチレバー型プローブと該試料台の相対位置を変
化させるための駆動装置を備え該カンチレバーの少なく
とも一面に導電性層が形成され、カンチレバーの固定端
支持台に該導電性層と対向し且つ該導電性層との距離が
互いに異なる複数の電極が設けられていることを特徴と
する原子間力顕微鏡。 - 【請求項３】 記録媒体と探針間を流れる電流を検出
することにより記録再生を行なう情報処理装置において
、該探針がカンチレバー上に設けられており、該カンチ
レバーの少なくとも一面に導電性層が形成され、カンチ
レバーの固定端支持台に該導電性層と対向し且つ該導電
性層との距離が互いに異なる複数の電極が設けられてい
ることを特徴とする情報処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3170348A JP3069923B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3170348A JP3069923B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04369418A true JPH04369418A (ja) | 1992-12-22 |
| JP3069923B2 JP3069923B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=15903265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3170348A Expired - Fee Related JP3069923B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3069923B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5596194A (en) * | 1994-08-19 | 1997-01-21 | Hughes Aircraft Company | Single-wafer tunneling sensor and low-cost IC manufacturing method |
| US5744704A (en) * | 1995-06-07 | 1998-04-28 | The Regents, University Of California | Apparatus for imaging liquid and dielectric materials with scanning polarization force microscopy |
| US6297502B1 (en) | 1998-06-30 | 2001-10-02 | Angstrom Technology Partnership | Method and apparatus for force control of a scanning probe |
| WO2002010064A2 (en) * | 2000-08-01 | 2002-02-07 | Hrl Laboratories, Llc | A mem gyroscope and a method of making same |
| WO2002010063A3 (en) * | 2000-08-01 | 2002-05-02 | Hrl Lab Llc | A tunneling sensor or switch and a method of making same |
| JP2002357529A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Olympus Optical Co Ltd | Ｓｐｍカンチレバー |
| US6563184B1 (en) | 2000-08-01 | 2003-05-13 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal tunneling sensor or switch with silicon beam structure and a method of making same |
| US6630367B1 (en) | 2000-08-01 | 2003-10-07 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal dual wafer, tunneling sensor and a method of making same |
| US6674141B1 (en) | 2000-08-01 | 2004-01-06 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal, tunneling and capacitive, three-axes sensor using eutectic bonding and a method of making same |
| WO2007135345A1 (fr) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Universite Joseph Fourier | Microscope a force atomique asservi |
| JP2010517055A (ja) * | 2007-01-31 | 2010-05-20 | チャン フン リー | 原子間力顕微鏡法用のビデオレートを可能とするプローブ |
| US7790440B2 (en) | 2005-02-05 | 2010-09-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Sensing switch and detecting method using the same |
| US10900765B2 (en) * | 2017-12-04 | 2021-01-26 | Mitutoyo Corporation | Form measuring apparatus |
-
1991
- 1991-06-17 JP JP3170348A patent/JP3069923B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5596194A (en) * | 1994-08-19 | 1997-01-21 | Hughes Aircraft Company | Single-wafer tunneling sensor and low-cost IC manufacturing method |
| US5665253A (en) * | 1994-08-19 | 1997-09-09 | Hughes Electronics | Method of manufacturing single-wafer tunneling sensor |
| US5744704A (en) * | 1995-06-07 | 1998-04-28 | The Regents, University Of California | Apparatus for imaging liquid and dielectric materials with scanning polarization force microscopy |
| US6297502B1 (en) | 1998-06-30 | 2001-10-02 | Angstrom Technology Partnership | Method and apparatus for force control of a scanning probe |
| US6982185B2 (en) | 2000-08-01 | 2006-01-03 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal, dual wafer, tunneling sensor or switch with silicon on insulator substrate and a method of making same |
| JP2004520943A (ja) * | 2000-08-01 | 2004-07-15 | エイチアールエル ラボラトリーズ，エルエルシー | トンネリング・センサまたはスイッチ及びその製造方法 |
| WO2002010063A3 (en) * | 2000-08-01 | 2002-05-02 | Hrl Lab Llc | A tunneling sensor or switch and a method of making same |
| WO2002010064A2 (en) * | 2000-08-01 | 2002-02-07 | Hrl Laboratories, Llc | A mem gyroscope and a method of making same |
| US6555404B1 (en) | 2000-08-01 | 2003-04-29 | Hrl Laboratories, Llc | Method of manufacturing a dual wafer tunneling gyroscope |
| US6563184B1 (en) | 2000-08-01 | 2003-05-13 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal tunneling sensor or switch with silicon beam structure and a method of making same |
| US6580138B1 (en) | 2000-08-01 | 2003-06-17 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal, dual wafer, tunneling sensor or switch with silicon on insulator substrate and a method of making same |
| WO2002011189A3 (en) * | 2000-08-01 | 2003-08-14 | Hrl Lab Llc | A tunneling sensor or switch and a method of making same |
| US6630367B1 (en) | 2000-08-01 | 2003-10-07 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal dual wafer, tunneling sensor and a method of making same |
| US6674141B1 (en) | 2000-08-01 | 2004-01-06 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal, tunneling and capacitive, three-axes sensor using eutectic bonding and a method of making same |
| JP2004504951A (ja) * | 2000-08-01 | 2004-02-19 | エイチアールエル ラボラトリーズ，エルエルシー | マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサ及びその製造方法 |
| US6730978B2 (en) | 2000-08-01 | 2004-05-04 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal, dual wafer, tunneling sensor and a method of making same |
| JP2004520177A (ja) * | 2000-08-01 | 2004-07-08 | エイチアールエル ラボラトリーズ，エルエルシー | トンネリング・センサまたはスイッチ及びその製造方法 |
| WO2002010064A3 (en) * | 2000-08-01 | 2002-04-25 | Hrl Lab Llc | A MEM gyroscope and a method of making same |
| US6835587B2 (en) | 2000-08-01 | 2004-12-28 | Hrl Laboratories, Llc | Single crystal, tunneling and capacitive, three-axes sensor using eutectic bonding and a method of making same |
| US6841838B2 (en) | 2000-08-01 | 2005-01-11 | Hrl Laboratories, Llc | Microelectromechanical tunneling gyroscope and an assembly for making a microelectromechanical tunneling gyroscope therefrom |
| US6975009B2 (en) | 2000-08-01 | 2005-12-13 | Hrl Laboratories, Llc | Dual-wafer tunneling gyroscope and an assembly for making same |
| JP2002357529A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Olympus Optical Co Ltd | Ｓｐｍカンチレバー |
| JP4656761B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2011-03-23 | オリンパス株式会社 | Ｓｐｍカンチレバー |
| US7790440B2 (en) | 2005-02-05 | 2010-09-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Sensing switch and detecting method using the same |
| US7981666B2 (en) | 2005-02-05 | 2011-07-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Sensing switch and detecting method using the same |
| WO2007135345A1 (fr) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Universite Joseph Fourier | Microscope a force atomique asservi |
| FR2901601A1 (fr) * | 2006-05-24 | 2007-11-30 | Univ Grenoble 1 | Microscope a force atomique asservi |
| JP2009537840A (ja) * | 2006-05-24 | 2009-10-29 | ユニヴェルシテ ジョセフ フーリエ | 制御される原子間力顕微鏡 |
| JP2010517055A (ja) * | 2007-01-31 | 2010-05-20 | チャン フン リー | 原子間力顕微鏡法用のビデオレートを可能とするプローブ |
| US10900765B2 (en) * | 2017-12-04 | 2021-01-26 | Mitutoyo Corporation | Form measuring apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3069923B2 (ja) | 2000-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0791803B1 (en) | Cantilever unit and atomic force microscope, magnetic force microscope, reproducing apparatus and information processing apparatus using the cantilever unit | |
| JP3000492B2 (ja) | 情報処理装置 | |
| KR100366701B1 (ko) | 전계 효과 트랜지스터 채널 구조가 형성된 스캐닝 프로브마이크로스코프의 탐침 및 그 제작 방법 | |
| US8910311B2 (en) | Probe assembly for a scanning probe microscope | |
| EP0492915B1 (en) | Cantilever probe and apparatus using the same | |
| EP0516380B1 (en) | Micro-displacement element for a scanning tunneling microscope | |
| KR100540027B1 (ko) | 원자간측정방법 | |
| US20060207317A1 (en) | Scanning probe microscope | |
| JP3069923B2 (ja) | カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置 | |
| KR100407202B1 (ko) | 원자표면또는다른파상표면을주사하는스캐닝터널링현미경의센서또는기타센서의나노미터단위의실시간위치측정방법및장치 | |
| JPH0642953A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| Gotszalk et al. | Tip-based nano-manufacturing and-metrology | |
| JPH06267408A (ja) | 微小変位検出プローブの製造方法及び微小変位検出プローブ、及びこれを用いた走査型プローブ顕微鏡、情報処理装置 | |
| JPH1090287A (ja) | 原子間力顕微鏡用プローブ及びその製造方法 | |
| Albrecht | Advances in atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy | |
| Fukuzawa et al. | Mechanical design and force calibration of dual-axis micromechanical probe for friction force microscopy | |
| JPH06194157A (ja) | 位置だし制御法および面合わせ方法およびそれを用いたトンネル顕微鏡および記録再生装置 | |
| Barrett | Development and applications of atomic force microscopy | |
| JP3015974B2 (ja) | マルチプローブユニット、情報処理装置、走査型トンネル顕微鏡、カンチレバー型プローブ | |
| JP3234722B2 (ja) | 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 | |
| Stadelmann | Review of Scanning Probe Microscopy Techniques | |
| Heinzelmann et al. | Force microscopy | |
| JPH05306925A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| Kong | A silicon micromachined force sensor for scanning force microscopy | |
| JP2962612B2 (ja) | 走査顕微鏡 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000411 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090526 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100526 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100526 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110526 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |