JPH05284765A - Cantilever type displacement element, cantilever type probe using the same, scan type tunnel microscope using the same probe and information processor - Google Patents

Cantilever type displacement element, cantilever type probe using the same, scan type tunnel microscope using the same probe and information processor

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JPH05284765A
JPH05284765A JP4103796A JP10379692A JPH05284765A JP H05284765 A JPH05284765 A JP H05284765A JP 4103796 A JP4103796 A JP 4103796A JP 10379692 A JP10379692 A JP 10379692A JP H05284765 A JPH05284765 A JP H05284765A
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優 中山
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康弘 島田
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修 高松
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Abstract

PURPOSE:To improve ptoductivity, reproducibility of a cantilever type probe by forming a displacement element of one nonconductive element layer and a plurality of heat generator layers, and forming a cantilever type displacement element to be displaced by a thermal drive of the generator layer. CONSTITUTION:A cantilever fixed at one end to an Si substrate 1 is formed of a support 2 made of non-doped polysilicon and heat generator layers 3, 3', 4, 4'. The generator layer is made of doped polysilicon with p-type or n-type conductivity. Further, a probe 5 for sensing a tunnel current and an electrode 6 for outputting its current are formed on the cantilever. Since the support 2 of the cantilever is partly expanded and contracted in an X-axis direction under the control of currents of the layers 3, 3', 4, 4', it can be driven in X-, Y- and Z-axes. It can be moved in the X-axis direction by supplying the same currents to the entire generator layers. It is moved in the Y-axis direction by supplying the currents only to the layers 3, 4. It can be driven in the Z-axis direction by supplying the currents only to the layers 3, 3'.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [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)状変位素子、及びこれを用いたカンチレバー型プローブに関する。 The present invention relates to a cantilever for use in a tunnel current detecting device and a scanning tunneling microscope (cantilever) form displacement element, and a cantilever probe using the same.

【0002】さらには、上記カンチレバー型プローブを備えた走査型トンネル顕微鏡、及び走査型トンネル顕微鏡の手法により情報の記録、再生、消去等を行なう情報処理装置に関する。 [0002] Furthermore, scanning tunneling microscope with the cantilever probe and a scanning tunneling microscope techniques by recording information, reproducing, an information processing apparatus for erasing and the like.

【0003】 [0003]

【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 BACKGROUND OF THE INVENTION Recently, a 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.

【0004】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、 [0004] 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). 図20はその斜視図を示す。 Figure 20 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2 2 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。 1 (a), (b), it can be driven X, Y, and Z-axis direction as shown in (c).

【0005】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. )

【0006】 [0006]

【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。 An 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.

【0007】また、半導体製造プロセス技術を用いた、 [0007] In addition, using a semiconductor manufacturing process technology,
従来のカンチレバー型プローブでは以下の問題点を有していた。 In a conventional cantilever type probe had the following problems. (ホ)単結晶シリコンを用い異方性エッチングによりプローブを形成する場合、プローブのマルチ化は容易だが材料がシリコンに限定されてしまう。 When forming the probe by anisotropic etching using the (E) single crystal silicon, multi of probes would it is easy but the material is not limited to silicon. そのためドープされたシリコンをプローブに用いた場合には、シリコンが酸化されやすいことから、大気中では再現性の良い安定な特性を得ることは困難であった。 In the case of using the order doped silicon probe, since the silicon is easily oxidized, it is difficult to obtain a good stable characteristics reproducible in the atmosphere. 更に、シリコンプローブ上に導電性材料を被覆して形成する場合には、プローブの最先端部は鋭利に形成されているため、被覆されにくく安定な特性を得ることは難しかった。 Further, when formed by coating a conductive material on the silicon probe, since the cutting edge portion of the probe is sharp form, it is difficult to obtain a hardly stable characteristics is covered. (ヘ)プローブを斜め蒸着及びリフトオフ法を用いて形成する場合には、プローブのマルチ化は容易で、材料の制限も少ないが、作製工程が複雑で長くなるため製造コストが高くなるという問題があった。 When formed using an oblique deposition and lift-off method (f) probes, multiplexing of probes easy, but less restriction of the material, a problem that the manufacturing process is expensive to manufacture because it becomes complicated and longer there were. 更に電極上にプローブを形成していることから製造工程中や情報処理装置での操作中にプローブが取れてしまう場合があった。 There are cases where would take the probe since it forms a probe further on the electrodes during operation in the manufacturing process and the information processing apparatus.

【0008】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、かつ信頼性、安定性に優れた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置を提供することにある。 An object of the present invention, the made in view of the prior art problems, the productivity of the cantilever type probe, improves the reproducibility and reliability, excellent stability scanning tunneling microscope is to provide an information processing apparatus.

【0009】 [0009]

【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。 Means and operation for solving the problem] This problem is solved by the present invention described below.

【0010】即ち、本発明の第1は、基板上に片持ち梁状に形成された変位素子において、該変位素子は、少なくとも1つの非導電体層と複数の発熱体層からなり、該発熱体層の熱駆動により変位することを特徴とするカンチレバー型変位素子であり、好ましくは、上記発熱体層が上記非導電体層の上下面に設けられ、かつ、これらの発電体層が分割されていることを特徴とする上記カンチレバー型変位素子であり、さらには上記発熱体層が上記非導電体層内に埋め込まれていることを特徴とする上記カンチレバー型変位素子であり、好ましくは、このカンチレバー型変位素子に、さらに静電力によって基板面と垂直な方向に変位させるための電極を設けたことを特徴とするカンチレバー型変位素子である。 [0010] That is, the first present invention is a displacement element which is formed in a cantilever shape on a substrate, displacement elements comprises at least one non-conductive layer and a plurality of heat generating layer, the heat generating a cantilever type displacement element, characterized in that the displacement by the thermal drive of the body layer, preferably, the heat generating layer is provided on the upper and lower surfaces of the non-conductive layer, and these power generation layer is divided and it is the cantilever type displacement element characterized in that, furthermore is the cantilever type displacement element the heat generating layer is equal to or embedded in the non-conductive layer, preferably, the the cantilever type displacement element, a cantilever type displacement element characterized by comprising an electrode for displacing the substrate surface and the direction perpendicular further by electrostatic forces.

【0011】本発明の第2は、圧電体膜と、該圧電体膜を逆圧電効果により変位させるための電極とでなる変位素子において、該変位素子は、半導体基板上にヒンジにより支持された片持ち梁状に形成され、圧電効果により該基板面と垂直な方向に変位し、また、別に設けられた静電駆動用電極により、該基板面内方向に変位することを特徴とするカンチレバー型変位素子である。 [0011] The second of the present invention comprises a piezoelectric film, the displacement element comprising between electrodes for displacing the inverse piezoelectric effect piezoelectric film, the displacement element is supported by a hinge on a semiconductor substrate is formed like a cantilever, and the displacement to the substrate surface and perpendicular direction by the piezoelectric effect, also by provided separately from the electrostatic driving electrodes, cantilevered, characterized in that the displaced substrate plane direction is the displacement element.

【0012】本発明の第3は、上記本発明第1あるいは第2のカンチレバー型変位素子の自由端部に、情報入出力用の探針を設けたことを特徴とするカンチレバー型プローブである。 A third of the present invention, the free end portion of the present invention the first or second cantilever type displacement element, a cantilever type probe, characterized in that a probe for information input and output.

【0013】本発明の第4は、基板上に片持ち梁状に形成された変位素子において、該変位素子の自由端側は、 [0013] The fourth invention is the displacement element formed in a cantilever shape on the substrate, the free end side of the displacement element,
角を有する形状で、かつ、該基板表面と反対方向に傾斜して形成されており、前記自由端側の先端部をプローブとしたことを特徴とするカンチレバー型プローブであり、好ましくは、上記プローブの材料が金属または金属合金であることを特徴とする上記カンチレバー型プローブである。 Shape having corners, and are formed to be inclined in the opposite direction to the substrate surface, a cantilever type probe, characterized in that the tip of the free end side as a probe, preferably, the probe it is the cantilever type probe, wherein the material is a metal or metal alloy.

【0014】本発明の第5は、上記本発明第3あるいは第4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である。 [0014] The fifth invention, the present invention third or fourth cantilever probe, which is integrated cantilever probe, characterized in that a plurality arranged on the same substrate.

【0015】本発明の第6は、上記本発明第3〜第5のいずれかのカンチレバー型プローブを用いたことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡である。 The sixth invention is a scanning tunneling microscope, characterized by using the above present invention third to fifth one of the cantilever type probe.

【0016】本発明の第7は、トンネル電流を用いて記録媒体に対して情報の記録、再生、消去を行なう情報処理装置において、上記本発明第3〜第5のいずれかのカンチレバー型プローブを用いたことを特徴とする情報処理装置である。 The seventh present invention, the recording of information on a recording medium by using a tunneling current, reproduction, in an information processing apparatus for erasing, the present invention first to fifth one of the cantilever type probe of the an information processing apparatus characterized by using.

【0017】次に本発明を図を用いて説明する。 [0017] The invention will now be described with reference to FIG.

【0018】図1は本発明第1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。 [0018] FIG. 1 is a perspective view showing an example of a cantilever type probe which the present invention first cantilever type displacement element. 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と発熱体層3, There is a cantilever which is fixed at one end to the Si substrate 1, the support 2 and the heat generating layer 3 that cantilever made of non-doped PolySi,
3',4,4'で形成されている。 3 ', 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. 発熱体層3, Heating element layer 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。 3 ', 4, 4' for the current control of the support 2 of the cantilever elastic partially X-axis direction, the conventional piezoelectric bimorph as well as in FIG. 1 X, Y, can be driven in the Z-axis it is. すなわち、図1のように、発熱体層3, That is, as shown in FIG. 1, the heat generating 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。 3 ', 4, 4' so it is configured symmetrically with respect to the support 2 of the cantilever, for example, in the X-axis direction by passing the same current to all the heat generating layer, and only the heat generating layer 3 and 4 When a current is supplied to the Y-axis direction and can be driven in the Z-axis direction it is allowed to flow only to the heat generating layer 3, 3 '.

【0019】また、図3は本発明第1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。 [0019] FIG. 3 is a perspective view showing another example of a cantilever type probe which the present invention first cantilever type displacement element. 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のA−A'断面図であり、図4(b)はB−B'断面図である。 4 (a) is 'a cross-sectional view, FIG. 4 (b) B-B' A-A of FIG. 3 is 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 by heat generating layer 3, 3 'and the support 2 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.

【0020】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。 [0020] 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.

【0021】図1あるいは図3に示したような、本発明第1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。 [0021] as shown in FIG. 1 or FIG. 3, the cantilever probe with the present invention first cantilever type displacement element, does not use a piezoelectric film, the characteristics due to the absorption of such moisture in the air change or deterioration 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.

【0022】図5は本発明第2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。 [0022] FIG. 5 is a perspective view showing an example of a cantilever type probe using the present invention the second cantilever type displacement element. 図6(a)は図5のA−A'断面図であり、図6(b)はB−B'断面図である。 6 (a) is 'a cross-sectional view, FIG. 6 (b) B-B' A-A of FIG. 5 is a cross-sectional view. ヒンジ51で単結晶シリコン基板1に支持されたシリコン梁52に接して圧電体ユニモルフ梁53が配置され、その先端部にトンネル電流用プローブ5が作製されている。 Piezoelectric unimorph beam 53 in contact with the silicon beam 52 supported by the single crystal silicon substrate 1 by a hinge 51 is arranged, the tunnel current probes 5 are produced at its distal end. また図示していないが、Si基板上にシリコン梁52と圧電体梁53の駆動用回路及びトンネル電流の信号処理回路等のICが搭載されている。 Although not shown, IC such as the signal processing circuit of the driving circuit and the tunnel current of the silicon beam 52 and the piezoelectric beams 53 are mounted on a Si substrate.

【0023】圧電体梁53上には、圧電体54の支持層55及び圧電体54に電圧を印加するための下電極56 [0023] on the piezoelectric beams 53, the lower electrode 56 for applying a voltage to the supporting layer 55 and the piezoelectric body 54 of the piezoelectric body 54
a、上電極56bが積層されている。 a, the upper electrode 56b are stacked. この構成によりユニモルフ圧電素子として圧電体梁53を動作させ、トンネル電流用プローブ5をZ軸方向に駆動することができる。 Operating the piezoelectric beams 53 as unimorph device by this arrangement, it is possible to drive the probe 5 tunnel current in the Z-axis direction. シリコン梁52に対向するSi基板部分には左右電極57が作製されている。 Left and right electrodes 57 are fabricated on Si substrate portion opposite to the silicon beam 52. この左右電極57に電圧をかけることによって、シリコン梁52を動作させ、トンネル電流用プローブをY軸方向に駆動することができる。 By applying a voltage to the left and right electrodes 57, the silicon beam 52 is operated, it is possible to drive the probe tunneling current in the Y axis direction.

【0024】Y軸方向駆動の力は静電気力であるから、 [0024] Since the force of the Y-axis direction drive is electrostatic force,
Y軸方向の変位量ΔYは、ヒンジ51の長さl、シリコン梁52の長さL、圧電体梁53の長さL'、ヒンジ5 Displacement ΔY in the Y-axis direction, the length l of the hinge 51, the length L of the silicon beam 52, the length of the piezoelectric beams 53 L ', hinge 5
1およびシリコン梁52の厚さa、ヒンジ51の幅w、 The thickness a of 1 and the silicon beam 52, the width w of the hinge 51,
電極間のギャップg、電位差Vを用いて次式で表される。 Gap g between the electrodes, with a potential difference V is expressed by the following equation.

【0025】 [0025]

【数1】 [Number 1] なお、ε 0は誘電率,Eは電界強度である。 Incidentally, epsilon 0 is a dielectric constant, E is an electric field strength.

【0026】上式より、Y軸方向の変位量を大きくするには、ヒンジの幅を小さくし、梁の長さを大きくすることが有効である。 The above equation, to increase the displacement amount in the Y-axis direction, the width of the hinge is reduced, it is effective to increase the length of the beam.

【0027】シリコン梁52は、シリコン単結晶の異方性エッチングあるいは反応性イオンエッチング、イオンビームエッチング等でシリコンのアスペクト比の大きいエッチング方法、及び、犠牲層エッチングや不純物ドープによるエッチングストップ等の方法を用いて形成される。 The silicon beam 52, anisotropic etching or reactive ion etching of a silicon single crystal, a large etching method for a silicon aspect ratio in ion beam etching or the like, and a method such as etching stop by sacrificial layer etching or impurity doping It is formed using. Y軸駆動のための電極は、シリコン基板の電極部分及びシリコン梁にn型あるいはp型の不純物をドープすることにより形成される。 Electrodes for Y-axis drive is formed by doping n-type or p-type impurities in the electrode portion and the silicon beams silicon substrate. Z軸駆動のための圧電体梁5 Piezoelectric beams for Z-axis drive 5
3は、図5のように、1層の圧電体層とそれをはさむ2 3, as in FIG. 5, sandwich one layer piezoelectric layer and it 2
層の電極及び支持体層よりなるユニモルフ構造、あるいは2層の圧電体層とそれをはさむ3層の電極よりなるバイモルフ構造に限定されるものではなく、またこれらの製造方法には既知のフォトリソグラフィー技術、真空蒸着法やスパッタリング法等の成膜技術が用いられ、その方法は本発明を制限するものではない。 Not limited to the electrode and the unimorph structure consisting of a support layer or 2-layer piezoelectric layers of the bimorph structure composed of three layers of electrodes sandwiching it, layer, also known photolithography to these production methods technology, film formation technique such as vacuum evaporation method or a sputtering method is used, the method is not intended to limit the present invention.

【0028】図5に示したような、本発明第2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では、Y方向の変位量を大きくすることが可能であり、かつ、Y方向駆動時の捻じれのない、信頼性の高い素子となる。 [0028] The as shown in FIG. 5, the cantilever probe with the present invention the second cantilever type displacement element, it is possible to increase the displacement amount in the Y direction and screw during the Y-direction drive no les, and high reliability element.

【0029】図7は本発明第3のカンチレバー型プローブの一例を示す斜視図であり、1は基板、71は可撓部、5はプローブ、72は下電極である。 FIG. 7 is a perspective view showing an example of the present invention the third cantilever type probe, 1 denotes a substrate, 71 is flexible portion, 5 a probe, 72 is a lower electrode. 図に示したように可撓部71の自由端側の先端がプローブ5として形成されている。 Tip of the free end side of the flexible portion 71 as shown in FIG. Is formed as a probe 5. 尚、本図はZ方向変位手段として、静電力を用いる場合のものである。 Note that this figure is a Z direction displacement means is of the case of using the electrostatic force.

【0030】基板1としては、半導体、金属、ガラス、 [0030] as the substrate 1, semiconductor, metal, glass,
セラミックス等の材料を用いることができるが、マルチに配列したプローブを作製する場合には、表面凹凸の小さい材料が好ましく、例えばコーニング#7059フュ−ジョン、溶融石英更には表面を研磨した#7059、 Although it is possible to use a material such as ceramics, in the case of manufacturing a probe array multi is less material preferably having surface irregularities, e.g. Corning # 7059 Der - John, fused silica further polishing the surface 7059,
石英、シリコンウエハー等を用いることができる。 Quartz, it is possible to use a silicon wafer or the like.

【0031】梁状の可撓部71は、可撓部分の一端が基板上に固定された片端固定の梁構造、すなわちカンチレバー構造体をなしており、かかるカンチレバーには少なくとも駆動のための機構及び配線、並びにプローブに電圧を印加するための配線領域が形成されている。 The beam-like flexible portion 71, one end fixed beam structure having one end fixed on the substrate of the flexible portion, that is, without a cantilever structure, mechanism for at least drive for such cantilevers and wiring, and the wiring region for applying a voltage are formed on the probe.

【0032】この可撓部71としては、変位駆動電極とプローブ取り出し電極を共通電極にする場合には、単層膜として形成できるが、電極を分離する場合には、電極間に絶縁層を挟んだ多層膜で形成する。 [0032] The flexible portion 71, when the displacement drive electrodes and the probe take-out electrode to the common electrode, can be formed as a single layer film, when separating the electrodes, sandwiching an insulating layer between the electrodes it is formed of a multilayer film. このときプローブ5は可撓部71の自由端にプローブ取り出し電極と一体で形成される。 In this case the probe 5 is formed by the probe out electrode integrally on the free end of the flexible portion 71. このため、可撓部71の自由端側の形状としては、少なくとも2辺による角を有している必要がある。 Therefore, the shape of the free end side of the flexible portion 71, it is necessary to have a corner by at least two sides. 更に、自由端の先端部は針状の突起を必要とするため、基板表面に対して反対の方向に傾斜させることが重要である。 Furthermore, the tip of the free end requires a needle-like projections, it is important to tilt in the opposite direction to the substrate surface. この形成方法としては、基板表面に傾斜部を有する凸部を形成し、続いて自由端先端部が凸部の傾斜部に掛かるように可撓部71を形成することによって得られる。 As the forming method, forming a convex portion having an inclined portion on the substrate surface, followed by the free end tip is obtained by forming a flexible portion 71 as applied to the inclined portion of the protrusion.

【0033】係るプローブユニットを用いれば、下電極72と可撓部71に電圧を印加することにより静電力で梁状の可撓部を基板面と直交する方向(Z方向)に撓ませ、プローブ位置をZ方向に変位させることができる。 [0033] according Using the probe unit, to deflect the beam-like flexible portion by electrostatic force by applying a voltage to the flexible portion 71 and the lower electrode 72 in a direction (Z direction) perpendicular to the substrate surface, the probe position can be displaced in the Z direction.

【0034】本素子を変位させる手段としては、本図のような静電力のほかに、圧電効果、バイメタル等の手段が適用されるが、変位量及び駆動電圧、制御性から好ましくは静電力、あるいは、圧電体バイモルフによる変位手段が用いられる。 [0034] As means for displacing this element, in addition to the electrostatic force, such as in this diagram, the piezoelectric effect, but means of the bimetal or the like is applied, the displacement amount and the driving voltage, preferably electrostatic the controllability, Alternatively, the displacement means according to the piezoelectric bimorph is used. なお、変位手段が圧電体バイモルフの場合には下電極72は不要である。 The lower electrode 72 when the displacement means is a piezoelectric bimorph is unnecessary.

【0035】本発明第3のカンチレバー型プローブの形成方法としては、従来公知の技術、例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。 The present invention method for forming the third cantilever type probe, the prior known techniques, such as vacuum vapor deposition or sputtering are commonly used in the semiconductor industry, thin film forming technique or a photo, such as chemical vapor deposition can be applied to lithographic and etching techniques, a manufacturing method thereof are not intended to limit the present invention.

【0036】また、例えば、可撓部71が圧電体バイモルフ構成ならば、従来公知の製造方法により、電極及び圧電体をスパッタあるいは蒸着とフォトリソグラフ及びエッチング工程の繰り返しによりバイモルフ構造を形成する。 Further, for example, if the flexible portion 71 is a piezoelectric bimorph structure, a conventionally known production method, to form a bimorph structure of the electrode and the piezoelectric member by repeating the sputtering or vapor deposition and photolithographic and etching processes.

【0037】図7に示したような、本発明第3のカンチレバー型プローブでは、作製工程が簡単で、容易にプローブのマルチ化が可能であり、また生産性を向上でき、 [0037] Figure 7 shown in the present invention the third cantilever type probe manufacturing process is simple, easily a possible multi of probes, also it can increase productivity,
製造コストを低減できる。 The manufacturing cost can be reduced. また、単結晶シリコンを用い、ドープされたシリコンをプローブとした場合に生じた酸化による劣化がなく、かつ先端を鋭利に形成でき、 Further, using a single crystal silicon, there is no deterioration due to oxidation caused when the doped silicon as a probe, and can sharply formed tip,
再現性の良い安定な特性を得ることができる。 Good reproducibility stable characteristics can be obtained.

【0038】 [0038]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 EXAMPLES Hereinafter, Examples of the present invention will be described.

【0039】 実施例1本実施例は、本発明第1のカンチレバー型変位素子に関連するものである。 [0039] Example 1 This example is related to the present invention first cantilever type displacement element.

【0040】本実施例では、図1に示した本発明第1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。 [0040] In this example, to produce a cantilever type probe which the present invention first cantilever type displacement element shown in FIG. この作製方法を図8を用いて説明する。 This manufacturing method will be described with reference to FIG.
まず(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8(a)参照)、次にLPC First (100) forming a Si nitride 81 as a mask layer of Si anisotropic etching in a later step in the LPCVD apparatus in n-type Si substrate 1 (see FIG. 8 (a)), then LPC
VD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 Forming a non-doped PolySi in VD apparatus B as a dopant in the ion implantation apparatus after resist patterning
あるいはPを打ち込み、発熱体層3,3'を形成する(図8(b)参照)。 Or implanted P, and forming a heat generating layer 3, 3 '(see Figure 8 (b)). 同様に、LPCVD装置でノンドープPolySi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8(c)参照)。 Similarly, implantation of B or P in the resist after patterning implantation device is formed thicker than the previous non-doped PolySi in LPCVD apparatus, to form the heat generating layer 4, 4 '(see FIG. 8 (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8(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. 8 (d)). 最後に、異方性エッチングでSi Finally, Si by anisotropic etching
基板1をエッチングし、Siナイトライド81を除去する(図8(e)参照)。 The substrate 1 is etched to remove the Si nitride 81 (see FIG. 8 (e)). 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9(a), Heat generating layer 3, 3 ', 4, 4', but various some as a pattern of, for example, FIG. 9 (a), the
(b)のようにすることができる。 (B) it can be made to the.

【0041】カンチレバーの駆動は、発熱体層3, 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 '.

【0042】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。 [0042] Then scanning tunneling microscope is described using the above cantilever type probe.

【0043】図10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。 [0043] Figure 10 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、10 101, a silicon substrate formed with the cantilever probe 102, 10
5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。 5 a 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 is an XY fine movement mechanism for fine movement of the sample 103 in the XY direction.

【0044】上記の走査型トンネル顕微鏡の動作を以下に説明する。 [0044] 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.

【0045】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。 [0045] 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.

【0046】次に、図1に示した本発明第1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, the present invention first 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11に示す。 A schematic diagram of the formed the integrated cantilever probe on the same substrate illustrated in FIG. 11. 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 The silicon substrate used as the substrate 1, X- shift register 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。 - a shift register 118, the electrostatic capacitance, switching element, circuit 119 including an amplifier or the like, the probe electrode 5, a cantilever 120, integrated cantilever probe due matrix wiring 121 is formed. 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.

【0047】図11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。 Embodiment of FIG. 11 is 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.

【0048】図12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。 [0048] Figure 12 shows a block diagram of an information processing apparatus using the integrated cantilever probe. 12 12
3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。 3 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.

【0049】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。 [0049] 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.

【0050】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.

【0051】図13に図12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。 [0051] Figure 13 shows a detailed block diagram of the probe head control circuit 130 for writing and reading of FIG.

【0052】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。 [0052] 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.

【0053】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。 [0053] reading the 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.

【0054】プローブ制御テーブル140〜142は、 [0054] 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.

【0055】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。 [0055] 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.

【0056】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。 [0056] 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.

【0057】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。 [0057] Also, 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.

【0058】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。 [0058] 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.

【0059】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。 [0059] 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.

【0060】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。 [0060] 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.

【0061】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、 [0061] 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.

【0062】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。 [0062] 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.

【0063】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。 [0063] 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 .

【0064】 実施例2本実施例は、本発明第1のカンチレバー型変位素子に関連し、実施例1の他の態様を示すものである。 [0064] EXAMPLE 2 This example relates to the present invention first cantilever type displacement element, shows another aspect of the first embodiment.

【0065】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14に示す。 [0065] The perspective view of a cantilever type probe prepared in the present embodiment shown in FIG. 14. 実施例1と異なる点は、発熱体層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PolyS Example 1 differs from the heating element layer 3, 3 ', 4, 4' instead of the dopant PolySi, using a relatively high-resistance metal, such as Ta, W, Mo, etc., also, the cantilever support 2 PolyS as
iあるいはSiO 2を用いたことである。 i or is that using SiO 2. 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' Cantilever driven as in Example 1, heat generating layer 3, 3 ', 4,4'
の電流制御により可能である。 It is possible by current control. 本実施例においても発熱体層のパターンは図9(a),(b)のようにしても良い。 Pattern of the heat generating layer in the present embodiment FIG. 9 (a), may be of (b).

【0066】次に、実施例1と同様に、図10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) Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe shown in FIG. 10, HOPG the sample 103 (graphite)
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。 Was subjected to a surface observation using a plate, it was possible to obtain the same good atomic image as in Example 1.

【0067】また、上記カンチレバー型プローブを、図11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。 [0067] Further, the cantilever type probe, to prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in FIG. 11. また、実施例1と同様に図12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 In Examples 1 and as shown in FIG. 12 similarly, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, Example 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。 Similarly to the recording of reliable information at high speed, reproduction, it could be erased.

【0068】 実施例3本実施例は、本発明第1のカンチレバー型変位素子に関連し、実施例1,2の他の態様を示すものである。 [0068] EXAMPLE 3 This example relates to the present invention first cantilever type displacement element, shows another embodiment of Examples 1 and 2. 本実施例では、図3に示した本発明第1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。 In this example, a cantilever type probe which the present invention first cantilever type displacement element shown in FIG. この作製方法を図15を用いて説明する。 This manufacturing method will be described with reference to FIG. 15.

【0069】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 [0069] 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15(a)参照)。 The iO 2 layer 31 is formed thereon (see FIG. 15 (a)). その後、Au等の金属材32を成膜パターニングする(図15(b)参照)。 Thereafter, a metal material 32 such as Au is deposited patterned (see FIG. 15 (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15 Further, by forming a non-doped PolySi in LPCVD apparatus, patterning (FIG. 15
(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15(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. 15 (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9 Various there is a pattern of 3 ', but for example, FIG. 9
(a),(b)のようにすることができる。 (A), it is possible to make a (b).

【0070】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。 [0070] cantilever driving, for example, the 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.

【0071】次に、実施例1と同様に、図10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) Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe shown in FIG. 10, HOPG the sample 103 (graphite)
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。 Was subjected to a surface observation using a plate, it was possible to obtain the same good atomic image as in Example 1.

【0072】また、上記カンチレバー型プローブを、図11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。 [0072] Further, the cantilever type probe, to prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in FIG. 11. また、実施例1と同様に図12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 In Examples 1 and as shown in FIG. 12 similarly, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, Example 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。 Similarly to the recording of reliable information at high speed, reproduction, it could be erased.

【0073】 実施例4本実施例は、本発明第1のカンチレバー型変位素子に関連し、実施例1,2,3の他の態様を示すものである。 [0073] Example 4 This example relates to the present invention first cantilever type displacement element, shows another embodiment of Examples 1, 2, 3,.
本実施例では、図3に示した本発明第1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。 In this example, a cantilever type probe which the present invention first 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。 Example 3 differs from the heat generating layer 3, 3 'in place of the dopant PolySi, using a relatively high-resistance metal, such as Ta, W, Mo, etc., also, PolySi or SiO 2 as a support 2 of the cantilever it is that was used. カンチレバーの駆動は、実施例3と同様、発熱体層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。 Cantilever driving, as in Example 3, be performed in the Z-axis direction by the current control of the heating element layer 3,3 'Y-axis direction, by biasing between the cantilever lower surface of the electrode 32 and the Si substrate 1 on the electrode 33 can. 本実施例においても発熱体層のパターンは図9(a),(b)のようにしても良い。 Pattern of the heat generating layer in the present embodiment FIG. 9 (a), may be of (b).

【0074】次に、実施例1と同様に、図10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) Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe shown in FIG. 10, HOPG the sample 103 (graphite)
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。 Was subjected to a surface observation using a plate, it was possible to obtain the same good atomic image as in Example 1.

【0075】また、上記カンチレバー型プローブを、図11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。 [0075] Further, the cantilever type probe, to prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in FIG. 11. また、実施例1と同様に図12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 In Examples 1 and as shown in FIG. 12 similarly, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, Example 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。 Similarly to the recording of reliable information at high speed, reproduction, it could be erased.

【0076】 実施例5本実施例は、本発明第2のカンチレバー型変位素子に関連するものである。 [0076] Example 5 This example is related to the present invention the second cantilever type displacement element. 本実施例では、図5に示した本発明第2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。 In this example, a cantilever type probe using the present invention the second cantilever type displacement element shown in FIG. この作製方法を図16を用いて説明する。 This manufacturing method will be described with reference to FIG. 16.

【0077】まず、第1に、(100)p型シリコン基板に、CVD法にてn型シリコンを10μm成長させシリコン基板1とする。 [0077] First, the first, the (100) p-type silicon substrate, a silicon substrate 1 an n-type silicon is 10μm grown by CVD. その後、圧電梁53の部分のみイオン注入を行い、p型シリコン領域161とする。 Thereafter, ion implantation is performed only a portion of the piezoelectric beams 53, the p-type silicon region 161. 第2 The second
に、シリコン基板1上に駆動用、信号処理用のIC回路を作製する。 , The drive on the silicon substrate 1, to produce an IC circuit for signal processing. 第3に、シリコン基板1の両面に支持層5 Third, the support layer 5 on both surfaces of the silicon substrate 1
5及びマスク層162となる窒化シリコンをCVD法にて成膜する(図16(a)参照)。 5 and silicon nitride as a mask layer 162 is deposited by a CVD method (see FIG. 16 (a)). 第4に、基板裏面の窒化シリコン膜162をCF 4ガスを用いたドライエッチングによりパターニングし、Si基板を裏面から11 Fourth, the silicon nitride film 162 of the substrate back surface is patterned by dry etching using CF 4 gas, the Si substrate from the rear surface 11
0℃に加熱した水酸化カリウム水溶液にて電解エッチング法にてp型シリコン部分をエッチングする(図16 At 0 an aqueous solution of potassium hydroxide heated to ℃ etching the p-type silicon portion by the electrolytic etching method (FIG. 16
(b)参照)。 (B) reference). 第5に、Y軸駆動のための電極となる部分にイオン注入法にてp型シリコン領域を作製し、電極とする。 Fifth, to produce a p-type silicon region by ion implantation in the electrode portion serving for Y-axis driving, and the electrode. 第6に、下電極56a、圧電体54、上電極5 Sixth, the lower electrode 56a, the piezoelectric element 54, the upper electrode 5
6b、トンネル電流用配線6及びその他の各配線を形成する。 6b, a wiring 6 and other respective wirings for the tunnel current. 下電極56a、上電極56b、トンネル電流用配線6、及びその他の各配線は、リフトオフ法にてパターニングした後、スパッタリング法によりプラチナを10 Lower electrode 56a, the upper electrode 56b, the tunneling current wiring 6, and other respective wirings, after patterned by a lift-off method, the platinum by sputtering 10
00Å成膜して形成する。 00Å deposited formed. 圧電体54は、スパッタリング法によりZnOを3000Å成膜した後、レジストを用いた通常のフォトリソグラフ技術を用いてパターニングし、酢酸水溶液にてエッチングして形成する。 The piezoelectric body 54, after 3000Å ​​deposited ZnO by sputtering, and patterned using conventional photolithographic techniques using a resist is formed by etching with an aqueous acetic acid solution. 第7 Seventh
に、トンネル電流用プローブ5をスピント法を用いて、 , The probe 5 tunnel current using the Spindt method,
銀、及びプラチナを真空蒸着法で成膜することにより形成する(図16(c)参照)。 Silver, and is formed by depositing platinum in a vacuum evaporation method (see FIG. 16 (c)). 第8に、パターニングの後、C 2 ClF 5およびSF 6ガスを用いた反応性イオンエッチング法にてシリコン基板をエッチングし、基板を貫通させ、片持ち梁の形状とする(図16(d)参照)。 Eighth, after the patterning, the silicon substrate is etched by reactive ion etching using C 2 ClF 5 and SF 6 gas, is passed through the substrate, the shape of the cantilever (FIG. 16 (d) reference).

【0078】なお、支持層55となる基板表面の窒化シリコンは、ユニモルフの支持体として適したヤング率を持った材料が利用される。 [0078] The silicon nitride of the substrate surface as a supporting layer 55 is made of a material having a Young's modulus suited as a support for the unimorph is utilized. また、Z軸駆動のためのユニモルフは圧電体を2層にしたバイモルフでも良い。 Further, unimorph for Z-axis drive may be a bimorph in which the piezoelectric body 2 layers.

【0079】本実施例のカンチレバー型プローブは、ヒンジ51の長さl=200μm、シリコン梁52の長さL=1000μm、圧電体梁53の長さL'=500μ [0079] cantilever probe of the present embodiment, the length l = 200 [mu] m of the hinge 51, the length L = 1000 .mu.m silicon beam 52, the length of the piezoelectric beams 53 L '= 500 microns
m、ヒンジ51の幅w=5μm、左右電極57とシリコン梁52との間隔g=2.5μmであり、左右電極にかける電圧V=10Vとすると、Y軸方向の変位量ΔYは1μmであった。 m, a width w = 5 [mu] m of the hinge 51, the spacing g = 2.5 [mu] m between the left and right electrode 57 and the silicon beam 52, when the voltage V = 10V applied to the left and right electrodes, the displacement amount ΔY in the Y-axis direction 1μm met It was.

【0080】次に、実施例1と同様に、図10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) [0080] Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe shown in FIG. 10, HOPG the sample 103 (graphite)
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。 Was subjected to a surface observation using a plate, it was possible to obtain the same good atomic image as in Example 1.

【0081】また、上記カンチレバー型プローブを、図11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。 [0081] Further, the cantilever type probe, to prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in FIG. 11.

【0082】次に、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について説明する。 Next, description will be made of an information processing apparatus using the integrated cantilever probe.

【0083】図17に本発明による本実施例の情報処理装置の主要部構成及びブロック図を示す。 [0083] showing the main part configuration and a block diagram of an information processing apparatus of this embodiment according to the present invention in FIG. 17. 本図にもとづいて説明すると、記録再生ヘッド上には、本実施例による集積化カンチレバー型プローブが配置されている。 To explain on the basis of this figure, on the recording and reproducing head is integrated cantilever probe according to this embodiment is disposed. これら複数のプローブ5は、一様に媒体と対向する様に配置してある。 The plurality of probes 5 are arranged so as to uniformly medium facing. 170は情報記録用の記録媒体、171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、172は記録媒体ホルダーである。 170 Information recording the recording medium, 171 base electrode for applying a voltage between the medium and the probe, the 172 is a recording medium holder.

【0084】前記記録媒体170層は、プローブ5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.Letter [0084] The recording medium 170 layers, convex shape of the recording medium surface by a tunnel current generated from the probe 5 (Staufer, Appl.Phys.Letter
s,51(4),27,July,1987,p244 s, 51 (4), 27, July, 1987, p244
参照)または凹型(Heinzelmann,App Reference) or concave (Heinzelmann, App
l. l. Phys. Phys. Letters,Vol. Letters, Vol. 53,No. 53, No.
24Dec. 24Dec. ,1988. , 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。 Metal capable of deformation p2447 reference), semiconductor, oxide, made of an organic thin film such that electrical properties change by an organic thin film or the tunnel current, (for example, produce an electrical memory effect). 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。 The organic thin film in which the electrical characteristics are changed, the materials described in JP-A-63-161552 can be used, those consisting of Langmuir-Blodgett films are preferred.

【0085】例えば石英ガラス基板の上に下地電極17 [0085] For example the base electrode 17 on a quartz glass substrate
1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。 1 is 50Å deposited Cr by vacuum evaporation as further used after Au was deposited by 300Å law thereon, SOAZ by LB method thereon - was laminated (squarylium-bis-6-octyl azulene) 4 layers use things like. 173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、174はデータ変調回路で変調された信号を記録媒体170とプローブ5の間に電圧を印加することで記録媒体170上に記録するための記録電圧印加装置である。 173 data modulation circuit for modulating the signal suitable for recording data to be recorded, 174 on the recording medium 170 by applying a voltage signal modulated by the data modulation circuit between the recording medium 170 and the probe 5 a recording voltage applying apparatus for recording. プローブ5を記録媒体1 The probe 5 recording medium 1
70に所定間隔まで近づけ、記録電圧印加装置174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170が特性変化を起こし電気抵抗の低い部分が生じる。 70 to close to a predetermined distance, recording the voltage application device 174 by applying for example 3V, a rectangular pulse voltage of width 50 ns, the recording medium 170 is generated is lower portions of the electrical resistance causes a characteristic change. X−Yステージ175を用いて、 With X-Y stage 175,
この操作をプローブ5で記録媒体170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。 Recording of information is performed by performing while this operation is scanned on the recording medium 170 surface at the probe 5. 図では示していないが、X−Yステージ175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。 Although not shown in the figure, as the mechanism for scanning by X-Y stage 175, performed using a cylindrical piezoelectric actuator, parallel spring, a differential micrometer, a voice coil, a control mechanism such as inches worm.

【0086】176はプローブ5と記録媒体170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、177は記録信号検出回路17 [0086] 176 recording signal detection circuit for detecting a tunneling current flowing therebetween by applying a voltage between the probe 5 and the recording medium 170, the 177 recording signal detection circuit 17
6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。 6 is a data demodulator circuit for demodulating the detected tunnel current signal. 再生時にはプローブ5と記録媒体170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5と記録媒体170間に加える。 Lower than the recording voltage to a predetermined distance the probe 5 and the recording medium 170 at the time of reproduction, for example, applying a DC voltage of 200mV between the probe 5 and the recording medium 170. この状態で記録媒体170上の記録データ列に沿ってプローブ5にて走査中に記録信号検出回路176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。 Tunnel current signal detected by using the recording signal detection circuit 176 during the scanning at the probe 5 along the recording data train on a recording medium 170 in this state correspond to the recording data signal.
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177で復調することにより再生データ信号を得られる。 Thus, the resulting reproduction data signal by demodulating the detected tunnel current signal and outputs the current-voltage conversion by the data demodulation circuit 177.

【0087】178はプローブ高さ検出回路である。 [0087] 178 probe is the height detection circuit. このプローブ高さ検出回路178は記録信号検出回路17 The probe height detection circuit 178 recording signal detection circuit 17
6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5を上下動制御させるためx,z軸駆動制御回路179に命令信号を発信する。 Receiving a sixth detection signal, it processes the remaining signal by cutting vibration component of a high frequency due to the presence of information bits, x Since the remaining signal values ​​moved up and down controls the probe 5 so as to become a constant, z-axis It transmits a command signal to the drive control circuit 179. これによりプローブ5と媒体170との間隔が略一定に保たれる。 Thus the interval between the probe 5 and the medium 170 is kept substantially constant.

【0088】180はトラック検出回路である。 [0088] 180 is a track detection circuit. トラック検出回路180はプローブ5で記録媒体170上を走査する際にプローブ5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(トラック) Track detection circuit 180 paths to data of the probe 5 is recorded along which when scanning over the recording medium 170 by the probe 5 or the recorded data sequence, (track)
からのずれを検出する回路である。 Deviation from a circuit for detecting a.

【0089】以上のデータ変調回路173、記録電圧印加装置174、記録信号検出回路176、データ復調回路177、プローブ高さ検出回路178、x,z軸駆動制御回路179、トラック検出回路180で記録再生用回路181を形成する。 [0089] or more data modulation circuit 173, a recording voltage applying apparatus 174, the recording signal detection circuit 176, data demodulation circuit 177, the probe height detection circuit 178, x, z-axis drive control circuit 179, the recording and reproducing a track detection circuit 180 forming a use circuit 181.

【0090】記録再生ヘッドにおいては、記録再生用回路181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。 [0090] recording in the reproducing head, the recording and reproducing circuit 181 has one provided to the plurality of probes and a driving mechanism that faces the recording medium, the recording by each probe, reproduction, displacement control of each probe ( Tracking is performed independently an element interval adjustment, etc.) and the like.

【0091】上述した実施例は記録,再生,消去を行う情報処理装置であるが、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等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。 [0091] The examples described above are recorded, reproduced, and an information processing apparatus for erasing, that the device for recording or reproducing only, or even a scanning tunneling current detection device and the like are applicable invention needless to say.

【0092】上記本発明第2のカンチレバー型変位素子を用いた情報処理装置では、高速で安定な、かつ信頼性の高い情報の記録,再生,消去を行うことができた。 [0092] In the information processing apparatus using the present invention the second cantilever type displacement element is a fast, stable, and recording of reliable information, reproduction, could be erased.

【0093】 実施例6本実施例は、本発明第3のカンチレバー型プローブに関連するものである。 [0093] Example 6 This example is related to the present invention the third cantilever type probe. 本実施例では、図7に示した本発明第3のカンチレバー型プローブを圧電バイモルフを用いて作製した。 In this example, a present invention the third cantilever type probe shown in FIG. 7 by using a piezoelectric bimorph. この作製方法を図18を用いて説明する。 This manufacturing method will be described with reference to FIG. 18.

【0094】まずシリコンウエハ−基板1上に保護層1 [0094] First, a silicon wafer - the protective layer 1 on the substrate 1
82として膜厚200nmの窒化シリコン膜をLPCV 82 as LPCV a silicon nitride film having a film thickness of 200nm
D法により形成し、続いてフォトエッチング法により、 Formed by D method, the followed photoetching,
保護層182に開口部を設けた後、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチングにより露出したシリコンを加工し、厚さ30μmのシリコンメンブレン183を形成した(図18(a)参照)。 After an opening in the protective layer 182, and processing the exposed silicon by anisotropic etching using a potassium hydroxide solution, to form a silicon membrane 183 having a thickness of 30 [mu] m (see FIG. 18 (a)).

【0095】次に保護層182上に下電極72を形成後に圧電体184、中電極185、圧電体186を順次形成した。 [0095] piezoelectric 184 after forming the lower electrode 72 and then over the protective layer 182, the middle electrode 185 were successively formed a piezoelectric body 186. このとき電極にはAuを、圧電体にはZnO薄膜を用い順次パターン形成しながら作製した。 The Au in this case the electrodes, the piezoelectric element was produced while forming successively patterned using a ZnO thin film. Au電極膜は真空蒸着法により0.2μm成膜し、ZnO圧電体膜はマグネトロンスパッタ法よりZnOターゲットを酸素とアルゴンの混合雰囲気中でスパッタし、200℃に加熱した前記シリコンウエハ上に0.3μm成膜した。 Au electrode film was 0.2μm deposited by a vacuum deposition method, ZnO piezoelectric film by sputtering a ZnO target in a mixed atmosphere of oxygen and argon from magnetron sputtering, 0 on the silicon wafer was heated to 200 ° C.. It was 3μm film formation.
パターニングはフォトリソグラフィにより行った。 Patterning was performed by photolithography. エッチング液としてそれぞれAu電極はヨウ化カリウム水溶液を、ZnO膜は酢酸水溶液を用いた。 The Au electrode aqueous potassium iodide respectively as an etching solution, ZnO film using aqueous acetic acid. ただし、Auと窒化シリコン膜の密着性を向上させる為、下電極72のAuを成膜する前にCrを50Å真空蒸着法により成膜した。 However, for improving the adhesion of Au and silicon nitride film was deposited by 50Å vacuum deposition of Cr before deposition of the Au of the lower electrode 72. なお、CrはCCl 22を用いてドライエッチングにて除去した。 Incidentally, Cr was removed by dry etching using CCl 2 F 2. 続いて銅を全面に真空蒸着法により5μm成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによりパターン形成を行いエッジが傾斜した形状である凸部1 Then copper is 5μm deposited by vacuum deposition on the entire surface, the convex edge a pattern is formed by photolithography and etching are inclined shape 1
87を形成した(図18(b)参照)。 87 was formed (see FIG. 18 (b)).

【0096】次に、圧電体186上と凸部187の傾斜部上に上電極188を形成し、圧電バイモルフを形成した。 [0096] Next, the upper electrode 188 is formed on the inclined portion of the piezoelectric element 186 and on the projecting portion 187, to form a piezoelectric bimorph. 上電極188は面内方向に圧電体駆動電極とプローブ取り出し電極に分離されている。 Upper electrode 188 are separated to the piezoelectric element drive electrode and the probe extraction electrode in-plane direction. このとき電極には金を用い真空蒸着法により1.2μm成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによりパターン形成を行いプローブ5を得た。 At this time, the electrode was 1.2μm deposited by a vacuum deposition method using a metal, to obtain a probe 5 performs patterning by photolithography and etching. このとき、凸部187の傾斜部内に自由端部の先端の角が入るように位置合わせした(図18 In this case, the corner of the tip of the free end is aligned to enter the inclined portion of the protrusion 187 (FIG. 18
(c)参照)。 (C) reference).

【0097】次に圧電バイモルフ部をフォトレジストで保護した後、プラズマエッチングによりシリコンメンブレン183をエッチング除去し、続いて凸部187を硝酸水溶液で除去することにより、窒化シリコンの保護層182、下電極72、圧電体184、中電極185、圧電体186、上電極188及びプローブ5からなる幅1 [0097] Then after the piezoelectric bimorph portion protected by the photoresist, a silicon membrane 183 is etched away by plasma etching, followed by removing the convex portions 187 in aqueous solution of nitric acid, the protective layer 182 of silicon nitride, the lower electrode 72, the piezoelectric body 184, the middle electrode 185, the piezoelectric body 186, the width 1 consisting of upper electrode 188 and the probe 5
00μm,長さ500μmの梁状の可撓部を有するカンチレバー型プローブを作製した(図18(d)参照)。 00Myuemu, to produce a cantilever type probe having a beam-like flexible portion of the length 500 [mu] m (see FIG. 18 (d)).

【0098】以上のようにして作製したカンチレバー型プローブの変位量を測定したところ、Z方向に0.2μ [0098] Measurement of the amount of displacement of the above manner produced a cantilever probe, 0.2.mu. the Z direction
m/vで変位することが分かった。 It was found to be displaced by the m / v. 更に、上記カンチレバー型プローブを走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、先端が鋭利に形成されているプローブを確認した。 Furthermore, observation of the above cantilever type probe using a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed a probe tip is sharp form. 尚、プローブの先端曲率半径は0.08μ The tip end curvature radius of the probe 0.08μ
mであった。 It was m.

【0099】次に、実施例1と同様に、図10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) [0099] Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe shown in FIG. 10, HOPG the sample 103 (graphite)
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。 Was subjected to a surface observation using a plate, it was possible to obtain the same good atomic image as in Example 1.

【0100】また、上記カンチレバー型プローブを、図11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。 [0101] Further, the cantilever type probe, to prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in FIG. 11. また、実施例1と同様に図12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 In Examples 1 and as shown in FIG. 12 similarly, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, Example 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。 Similarly to the recording of reliable information at high speed, reproduction, it could be erased.

【0101】 実施例7本実施例は、本発明第3のカンチレバー型プローブに関連し、実施例6の他の態様を示すものである。 [0102] EXAMPLE 7 This example relates to the present invention the third cantilever type probe, shows another aspect of the sixth embodiment. 本実施例では、図7に示した静電力によりZ方向に駆動する本発明第3のカンチレバー型プローブを作製した。 In this example, a present invention the third cantilever type probe is driven in the Z-direction by an electrostatic force shown in FIG. この作製方法を図19を用いて説明する。 This manufacturing method will be described with reference to FIG. 19.

【0102】まず、コーニング社製#7059フュージョンを基板1として用意する。 [0102] First, a Corning # 7059 Fusion as the substrate 1. 続いて、基板1上にCr Then, Cr on the substrate 1
を2000Å真空蒸着法により成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによりパターン形成を行い下電極72 Was deposited by 2000Å vacuum deposition method, the lower electrode 72 a pattern is formed by photolithography and etching
を形成した(図19(a)参照)。 Were formed (see FIG. 19 (a)).

【0103】次に、銅を4μm真空蒸着法により全面に成膜し、フォトリソグラフィとArイオンエッチングによりパターン形成を行いエッジが傾斜した形状の凸部1 [0103] Next, copper was deposited on the entire surface by 4μm vacuum deposition, convex portions having a shape edge a pattern is formed by photolithography and Ar ion etching is inclined 1
87を形成した。 87 was formed. 続いて、銅を真空蒸着法により全面に2μm成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによりパターン形成を行い犠牲層190を形成した(図19 Subsequently, copper was 2μm formed on the entire surface by vacuum evaporation to form a sacrificial layer 190 performs patterning by photolithography and etching (FIG. 19
(b)参照)。 (B) reference).

【0104】次に、基板1及び犠牲層190上に中電極191をリフトオフ法を用いて形成した。 [0104] Then, the middle electrode 191 is formed using a lift-off method on the substrate 1 and the sacrificial layer 190. リフトオフにはRD−2000N(日立化成社製)フォトレジストを用い、電極には金を膜厚2000Å真空蒸着法で形成した。 The lift-off using the RD-2000N (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) photoresist, the electrode was formed of gold with a thickness of 2000Å vacuum deposition method. 続いて、中電極191上及び凸部187の傾斜部上に絶縁層192及びプローブ取り出し電極193をリフトオフ法により形成した。 Subsequently, the insulating layer 192 and the probe-out electrode 193 on the inclined portion of the middle electrode 191 and on the convex portion 187 is formed by a lift-off method. リフトオフにはRD−200 The lift-off RD-200
0N(日立化成社製)フォトレジストを用い、絶縁層1 0N (Hitachi Chemical Co., Ltd.) photoresist, an insulating layer 1
92にはSiO 2を膜厚5000Å、電極には金を膜厚5000Å真空蒸着法により形成した。 Thickness 5000Å of SiO 2 is 92, the electrode was formed of gold by thickness 5000Å vacuum deposition. このとき、凸部187の傾斜部内に自由端部の先端の角が入るように位置合せすることによりプローブ5を形成した(図19 In this case, to form the probe 5 by aligning as corners of the tip of the free end portion to the inclined portion of the protrusion 187 enters (FIG. 19
(c)参照)。 (C) reference).

【0105】次に犠牲層190及び凸部187を硝酸水溶液で除去することにより、中電極191、絶縁層19 [0105] The sacrificial layer 190 and the protrusions 187 is removed by nitric acid aqueous solution then, middle electrode 191, the insulating layer 19
2、プローブ取り出し電極193、及びプローブ5からなる幅100μm,長さ350μmの梁状の可撓部を有するカンチレバー型プローブを作製した(図19(d) 2, the probe extraction electrode 193, and was produced width 100μm consisting probe 5, a cantilever probe having a beam-like flexible portion of the length 350 .mu.m (FIG. 19 (d)
参照)。 reference).

【0106】以上のようにして作製したカンチレバー型プローブの変位量を測定したところ、Z方向に0.1μ [0106] Measurement of the amount of displacement of the above manner produced a cantilever probe, 0.1 [mu] in the Z-direction
m/vで変位することが分かった。 It was found to be displaced by the m / v. 更に、上記カンチレバー型プローブをSEMを用いて観察したところ、先端が鋭利に形成されているプローブを確認した。 Furthermore, as a result of the cantilever probe was observed using the SEM, it is confirmed a probe tip is sharp form. 尚プローブの先端曲率半径は0.08μmであった。 Incidentally tip curvature radius of the probe was 0.08 .mu.m.

【0107】次に、実施例1と同様に、図10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) [0107] Next, in the same manner as in Example 1, a scanning tunneling microscope using the cantilever probe shown in FIG. 10, HOPG the sample 103 (graphite)
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。 Was subjected to a surface observation using a plate, it was possible to obtain the same good atomic image as in Example 1.

【0108】また、上記カンチレバー型プローブを、図11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。 [0108] Further, the cantilever type probe, to prepare a plural number to integrated cantilever probe on the same substrate as shown in FIG. 11. また、実施例1と同様に図12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 In Examples 1 and as shown in FIG. 12 similarly, also in the information processing apparatus using the integrated cantilever probe, Example 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。 Similarly to the recording of reliable information at high speed, reproduction, it could be erased.

【0109】 [0109]

【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、 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. (1)本発明第1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。 (1) The present invention first cantilever type displacement element, 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. (2)本発明第2のカンチレバー型変位素子では、図5 (2) in the present invention the second cantilever type displacement element, FIG. 5
に示したY方向の変位量を大きくすることができ、かつ、このとき素子に捻じれが発生しないため、これを用いたカンチレバー型プローブは、信頼性の高い広域な走査ができる検出素子となった。 Y-direction displacement amount can be increased as shown in, and, since this time twisted element does not occur, the cantilever probe using the same, a detecting device capable of highly reliable wide area scanning It was. (3)本発明第3のカンチレバー型プローブでは、作製工程が簡単で、容易にプローブのマルチ化が可能であり、また、生産性を向上でき、製造コストを低減できる。 (3) In the present invention the third cantilever type probe manufacturing process is simple, easily a possible multi of probes, also can improve the productivity, the manufacturing cost can be reduced. さらには、従来、単結晶シリコンを用い、ドープされたシリコンをプローブとした場合に生じていた酸化による劣化がなく、かつ、先端をより鋭利に形成でき、再現性の良い安定な特性を得ることができる。 Furthermore, the prior art, using a single crystal silicon, there is no deterioration due have been oxidation occurring in the case where the doped silicon probe, and the tip can be more sharp form, to obtain a good stable characteristics reproducibility can.

【0110】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本発明の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。 [0110] In addition, or the cantilever probe according to the present invention, fast and reliable image observed with a scanning tunneling microscope of the present invention using the integrated cantilever probe formed by integrating a plurality of which on the same substrate It can become.

【0111】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本発明の情報処理装置は、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。 [0111] Further, the cantilever type probe, the information processing apparatus of the present invention using the integrated cantilever probe, 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】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明第1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。 1 is a perspective view showing an example of the present invention the first cantilever type probe using 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】本発明第1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 which the present invention first cantilever type displacement element.

【図4】図2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】本発明第2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。 5 is a perspective view showing an example of the present invention the second cantilever type probe using a cantilever type displacement element.

【図6】図5の各切断面での断面図である。 6 is a sectional view at the cutting plane of FIG.

【図7】本発明第3のカンチレバー型プローブの一例を示す斜視図である。 7 is a perspective view showing an example of the present invention the third cantilever type probe.

【図8】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。 8 is a diagram for illustrating a manufacturing method of a cantilever type probe of Example 1.

【図9】本発明第1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。 9 is a diagram showing an example of a pattern of the heat generating layer in the present invention first cantilever type displacement element.

【図10】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。 Figure 10 is an example of a schematic view of a scanning tunneling microscope according to the present invention.

【図11】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。 11 is a diagram schematically showing an integrated cantilever probe according to the present invention.

【図12】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。 It is an example of a block diagram of an information processing apparatus according to the present invention; FIG.

【図13】プローブヘッド制御回路の詳細ブロック構成図である。 13 is a detailed block diagram of the probe head control circuit.

【図14】実施例2のカンチレバー型プローブの斜視図である。 14 is a perspective view of a cantilever type probe of Example 2.

【図15】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。 15 is a diagram for illustrating a manufacturing method of a cantilever type probe of Example 3.

【図16】実施例5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。 16 is a diagram for illustrating a manufacturing method of a cantilever type probe of Example 5.

【図17】実施例5の本発明による情報処理装置のブロック構成図である。 17 is a block diagram of an information processing apparatus according to the invention of Example 5.

【図18】実施例6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。 18 is a diagram for illustrating a manufacturing method of a cantilever type probe of Example 6.

【図19】実施例7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。 19 is a diagram for illustrating a manufacturing method of a cantilever type probe of Example 7.

【図20】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。 Figure 20 is an example of the cantilever type displacement element comprising a conventional piezoelectric bimorph.

【図21】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。 21 is a diagram showing a driving state of the cantilever type displacement element comprising a conventional piezoelectric bimorph.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

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 51 ヒンジ 52 シリコン梁 53 圧電体梁 54 圧電体 55 支持層 56a 下電極 56b 上電極 57 静電駆動用の左右電極 71 可撓部 72 下電極 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 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 51 hinge 52 silicon beams 53 piezoelectric beams 54 piezoelectric body 55 left and right electrodes 71 flexible portion consisting of 72 lower electrode 81 Si nitride mask layer 101 silicon substrate 102 cantilever probe 103 samples 104 XY fine movement mechanism of the support layer 56a under the electrode 56b electrode 57 electrostatically drive 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 the approximation mechanism 115 XY fine movement drive circuit 117 X- shift register 118 Y- shift register 119 circuit section 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 126 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 161 p型シリコン領域 162 窒化シリコンからなるマスク層 170 記録媒体 171 下地電極 172 記録媒体ホルダー 173 120 cantilever 121 matrix wiring 122 bonding pad 123 integrated cantilever probe 124 XY actuator 125 scanning circuit 126 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 161 p-type silicon region 162 mask made of silicon nitride layer 170 recording medium 171 under electrode 172 recording medium holder 173 ータ変調回路 174 記録電圧印加回路 175 X−Yステージ 176 記録信号検出回路 177 データ復調回路 178 プローブ高さ検出回路 179 XZ軸駆動制御回路 180 トラック検出回路 181 記録再生用回路 182 保護層 183 シリコンメンブレン 184 圧電体 185 中電極 186 圧電体 187 凸部 188 上電極 190 犠牲層 191 絶縁層 193 プローブ取り出し電極 201 圧電体 202 電極 Over data modulation circuit 174 records the voltage application circuit 175 X-Y stage 176 recording signal detection circuit 177 data demodulation circuit 178 probe height detection circuit 179 XZ-axis drive control circuit 180 track detection circuit 181 for recording and reproducing circuit 182 protective layer 183 silicon membrane 184 piezoelectric 185 in the electrode 186 piezoelectric 187 protrusion 188 takes out the upper electrode 190 sacrificial layer 191 insulating layer 193 probe electrode 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 ────────────────────────────────────────────────── ─── 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 the Corporation

Claims (11)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 基板上に片持ち梁状に形成された変位素子において、該変位素子は、少なくとも1つの非導電体層と複数の発熱体層からなり、該発熱体層の熱駆動により変位することを特徴とするカンチレバー型変位素子。 1. A displacement element formed in a cantilever shape on a substrate, displacement elements comprises at least one non-conductive layer and a plurality of heat generating layer, the displacement by the thermal drive of the heat generating body layer cantilever type displacement element, characterized by.
  2. 【請求項2】 発熱体層が非導電体層の上下面に設けられ、かつ、これらの発電体層が分割されていることを特徴とする請求項1記載のカンチレバー型変位素子。 2. A heat generating layer is provided on the upper and lower surfaces of the non-conductive layer, and the cantilever type displacement element according to claim 1, wherein these power generation layer is characterized in that it is divided.
  3. 【請求項3】 発熱体層が非導電体層内に埋め込まれていることを特徴とする請求項1記載のカンチレバー型変位素子。 3. A cantilever type displacement element according to claim 1, wherein the heat generating layer is embedded in non-conductive layer.
  4. 【請求項4】 請求項3記載のカンチレバー型変位素子に、静電力によって基板面と垂直な方向に変位させるための電極を設けたことを特徴とするカンチレバー型変位素子。 4. A cantilever type displacement element according to claim 3, wherein the cantilever type displacement element characterized by comprising an electrode for displacing the substrate surface and perpendicular direction by electrostatic force.
  5. 【請求項5】 圧電体膜と、該圧電体膜を逆圧電効果により変位させるための電極とでなる変位素子において、 5. A piezoelectric film, the displacement element comprising between electrodes for displacing the inverse piezoelectric effect piezoelectric film,
    該変位素子は、半導体基板上にヒンジにより支持された片持ち梁状に形成され、圧電効果により該基板面と垂直な方向に変位し、また、別に設けられた静電駆動用電極により、該基板面内方向に変位することを特徴とするカンチレバー型変位素子。 Displacement element is formed like a cantilever supported by a hinge on the semiconductor substrate, and displaced to the substrate surface and perpendicular direction by the piezoelectric effect, and by electrostatic drive electrode provided separately from the cantilever type displacement element, characterized in that the displaced substrate plane direction.
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載のカンチレバー型変位素子の自由端部に、情報入出力用の探針を設けたことを特徴とするカンチレバー型プローブ。 6. The free end of the cantilever type displacement element according to any one of claims 1 to 5, a cantilever type probe, characterized in that a probe for information input and output.
  7. 【請求項7】 基板上に片持ち梁状に形成された変位素子において、該変位素子の自由端側は、角を有する形状で、かつ、該基板表面と反対方向に傾斜して形成されており、前記自由端側の先端部をプローブとしたことを特徴とするカンチレバー型プローブ。 7. A displacement element formed in a cantilever shape on the substrate, the free end side of the displacement element is in the form having a square, and is formed to be inclined in the opposite direction to the substrate surface cage, a cantilever type probe, characterized in that the tip of the free end side as a probe.
  8. 【請求項8】 プローブの材料が金属または金属合金であることを特徴とする請求項7記載のカンチレバー型プローブ。 8. A cantilever type probe according to claim 7, wherein the material of the probe is characterized in that it is a metal or metal alloy.
  9. 【請求項9】 請求項6〜8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。 9. Integrated cantilever probe, characterized in that the cantilever type probe according to any one of claims 6-8, a plurality arranged on the same substrate.
  10. 【請求項10】 請求項6〜9のいずれかに記載のカンチレバー型プローブを用いたことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡。 10. A scanning tunneling microscope, characterized by using a cantilever type probe according to any one of claims 6-9.
  11. 【請求項11】 トンネル電流を用いて記録媒体に対して情報の記録、再生、消去を行なう情報処理装置において、請求項6〜9のいずれかに記載のカンチレバー型プローブを用いたことを特徴とする情報処理装置。 11. Information with respect to the recording medium using a tunnel current recording, reproducing, in an information processing apparatus for erasing, and characterized by using a cantilever type probe according to any one of claims 6-9 an information processing apparatus that.
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