JPH06195777A

JPH06195777A - 情報処理装置および走査型プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JPH06195777A
Application number: JP34675492A
Authority: JP
Inventors: Isaaki Kawade; 一佐哲河出; Takahiro Oguchi; 高弘小口; Kunihiro Sakai; 邦裕酒井; Akihiko Yamano; 明彦山野; Shunichi Shito; 俊一紫藤; Katsunori Hatanaka; 勝則畑中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で高精度のマルチプローブの制御回路を
提案し、これを具備する各種情報処理装置を実現するこ
と。【構成】複数のプローブのうちの所定のプローブを順
次選択する選択回路と、プローブと媒体との間に生じる
信号を検出する信号検出回路と、信号検出回路の出力を
補正する補正回路と、補正回路信号出力に基づいてプロ
ーブと媒体間の位置を制御する信号を発生する制御回路
と、複数のプローブについてそれぞれ設けられ、各プロ
ーブを移動させて媒体との距離を変える複数のアクチュ
エータと、制御回路の出力信号をアクチュエータに印加
する切り替え回路と、各回路の一連の動作が実行されて
いる間にプローブと媒体間に印加する電圧を変化させた
ときに制御回路から出力される制御信号に基づいて各プ
ローブ毎の補正量を測定する補正量測定回路と、上記各
回路における動作を制御する制御装置とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数のプローブと記録媒
体との物理的相互作用により情報の書き込みまたは読み
出しを行なう記録再生装置、あるいは走査型トンネル顕
微鏡（ＳＴＭ）あるいはＳＴＭを応用した情報処理装置
に関し、より詳しくは、記録再生に用いられる複数のプ
ローブの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、導体の表面原子の電子構造を直接
観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと略
す）が開発され［Ｇ．Ｂｉｎｉｎｇｅｔａｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、
単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解能の測定が
できるようになった。

【０００３】ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導
電性物質間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離まで近づけ
るとトンネル電流が流れることを利用している。この電
流は両者の距離変化に非常に敏感である。トンネル電流
を一定に保つように探針を走査することにより実空間の
全電子雲に関する種々の情報をも読み取ることができ
る。このとき面内方向の分解能は０．１ｎｍ程度であ
る。

【０００４】したがって、ＳＴＭの原理を応用すれば十
分に原子オーダー（サブ・ナノメートル）での高密度記
録再生を行うことが可能である。例えば、特開昭６１−
８０５３６号に開示されている記録再生装置では、電子
ビーム等によって媒体表面に吸着した原子粒子を取り除
く書き込み動作を行ない、ＳＴＭによりこのデータを再
生している。

【０００５】また記録層として電圧電流のスイッチング
特性に対してメモリ効果を持つ材料、例えばπ電子系有
機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録
・再生をＳＴＭで行なう方法が以下に提案されている
［特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６
１５５３号公報］。

【０００６】上記の方法によれば、記録のビットサイズ
を１０ｎｍとして、１０¹²ｂｉｔ／ｃｍ²もの大容量記
録再生が可能である。さらに、小型化を目的として複数
のプローブを半導体基板上に形成し、これと対向する記
録媒体を変位させて記録を行う装置が以下に提案されて
いる（特開平１−１９６７５１号公報）。

【０００７】複数のプローブによって、記録、再生を行
う装置においては、例えば、１ｃｍ ²角のシリコンチッ
プ上に、１プローブ当たり４００Ｍｂｉｔの記録再生能
力を有する２５００本のプローブを５０×５０のマトリ
ックス配置したマルチプローブヘッドと上述したメモリ
効果を持つ材料を組み合わせることにより、総記録容量
１Ｔｂｉｔのディジタルデータの記録再生が行える。

【０００８】上記の記録再生を行うプローブを駆動する
方法としては、圧電体で構成された長さ数１００μｍ程
度のカンチレバー（片持ちばり）上に取り付け、このカ
ンチレバーを駆動する方法が考えられている。従来この
ようなカンチレバーの作製法としては、半導体プロセス
を応用し、一つの基板上に微細加工を施す加工技術を用
いて圧電体薄膜、金属膜等の多層構造を有するカンチレ
バーを作成する方法があった(T.R.Albrecht et al. "Mi
crofabrication of integrated scanning tunnering mi
croscope" ; Proceedings of 4th International Confe
rence on scanning tunneling microscope/spectroscop
y 1990)。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
複数のプローブを有するマルチプローブヘッドとこれに
対向する媒体を組み合わせて記録再生等の情報処理を行
うためには以下の問題点があった。

【００１０】（１）記録再生等の情報処理時には、マル
チプローブヘッドの各プローブと対向する媒体間の距離
（Ｚ方向）を精度よく制御する必要がある。このため
に、例えばプローブ毎にプローブと媒体間のＺ方向制御
を行う制御系をそれぞれ設け、各制御系からなる制御部
をプローブヘッドの外に設けることが考えられる。この
場合には、マルチプローブヘッドを小さく構成すること
ができても装置外部に置かれる制御部がプローブの本数
分だけ大型となり、ＳＴＭの特徴を生かした小型の情報
処理装置の実現が困難になるという問題点がある。

【００１１】（２）また複数本のプローブをＩＣプロセ
ス等の微細加工で作成する場合、加工プロセスにバラつ
きが発生することを避けることはできない。このプロセ
スでのバラつきは、例えば圧電体カンチレバー等のアク
チュエータの変位感度のバラつきやプローブ先端のティ
ップの感度すなわち、仕事関数値のバラつきを招き、複
数本のプローブの性能が異なってしまい、これらのプロ
ーブを最適な状態で制御することが難しくなるという問
題点がある。

【００１２】本発明は上述したような従来の技術が有す
る問題点に鑑みてなされたものであって、小型で高精度
のマルチプローブの制御回路を提案し、これを具備する
各種情報処理装置を実現することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の情報処理装置
は、対向配置された複数本のプローブと媒体との間に物
理現象により生じる信号を用いて記録情報の再生を行う
情報処理装置において、複数のプローブのうちの所定の
プローブを順次選択する選択回路と、選択回路により選
択された所定のプローブと媒体との間に生じる信号を検
出する信号検出回路と、選択回路により選択されたプロ
ーブに対応して信号検出回路の出力を補正する補正回路
と、補正回路信号出力に基づいて選択回路により選択さ
れたプローブと媒体間の位置を制御する信号を発生する
制御回路と、複数のプローブについてそれぞれ設けら
れ、各プローブを移動させて媒体との距離を変える複数
のアクチュエータと、制御回路の出力信号を選択回路に
より選択されたプローブに対応して設けられたアクチュ
エータに印加する切り替え回路と、選択回路、制御回路
および切り替え回路の一連の動作が実行されている間に
プローブと媒体間に印加する電圧を変化させたときに制
御回路から出力される制御信号に基づいて各プローブ毎
の補正量を測定する補正量測定回路と、選択回路、補正
回路、切り替え回路および補正量測定回路における選択
動作、補正動作、切り替え動作および補正量測定動作を
制御する制御装置とを有する。

【００１４】この場合、補正回路が各プローブに対応し
たゲイン補正を行うこととしてもよい。

【００１５】さらに、補正回路が各プローブに対応した
補正を行うための各プローブに対応した補正量をストア
するメモリを設けてもよい。

【００１６】本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記の
ように構成された情報処理装置を有する。

【００１７】

【作用】媒体と各プローブとの間の距離制御について、
補正量測定回路によって各プローブ毎に適切な補正量を
測定し、その補正量に基づいて各プローブ毎に異なる補
正が補正回路によってなされるので、各プローブの制御
性能にバラつきが生じることがない。このような補正を
行うためにプローブを選択することは、各プローブのそ
れぞれに制御系を設けることなく、選択回路および切り
替え回路によって順次切り替えられて行われるので、装
置が大型化することはない。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１９】［実施例１］図１は、本発明の第１の実施
例におけるマルチプローブの制御回路の構成例を示す図
である。

【００２０】本実施例に示す制御回路は、トンネル電流
を検出する複数本のプローブを対向する媒体間の距離制
御回路および補正量測定回路に関するものである。

【００２１】本実施例では制御ＣＰＵ１１４を用いて、
各プローブからのトンネル電流信号をデジタル信号に変
換し、この信号から制御ＣＰＵ１１４からのタイミング
により各プローブを順次Ｚ方向制御する制御信号を発生
するデジタルサーボ系を構成した。

【００２２】図１を用いてマルチプローブのＺ方向制御
について詳細に説明する。

【００２３】マルチプローブ１０１を構成する複数のプ
ローブ１０１₁，１０１₂，・・・１０１_nのそれぞれ
は、選択回路１０２と接続され、各々媒体１００に対向
配置されており、両者間にはバイアス電圧が印加されて
いる。選択回路１０２は制御ＣＰＵ１１４からのタイミ
ングにしたがい各マルチプローブ１０１₁〜１０１_nのう
ちのいずれか一本、例えばｎ番目のプローブを選択す
る。選択されたｎ番目のプローブにて検出されたトンネ
ル電流信号Ｉｎは電圧値変換された後に、Ａ／Ｄ変換器
１０３にてデジタル値Ｉｎ（ｔ）に変換される（ｔは、
所定のサンプリング時刻）。

【００２４】デジタル化されたトンネル電流信号は、対
数変換回路１０４により、プローブ−媒体間の距離に対
する線形化信号に変換される［図中：ｌｏｇＩｎ
（ｔ）］。対数変換回路１０４の出力は、サーボ回路の
設定値との比較器１０５に入力され、誤差信号［図中：
ｅｒｒｎ（ｔ）］となる。このとき、制御ＣＰＵ１１４
は選択しているプローブの番号メモリ１１１をアドレッ
シングし、メモリ１１１はプローブ番号に応じた補正量
（ｇ１〜ｇｎ）を補正回路１０６に出力する。

【００２５】補正回路１０６は、比較器１０５出力ｅｒ
ｒｎ（ｔ）にメモリ１１１からの補正係数ｇｎを乗じ、
補正誤差信号［：ｅｎ（ｔ）］とする。１０７はこの補
正誤差信号をゼロとする距離制御信号［図中：Ｕｎ
（ｔ）］を生成する制御回路で、具体的にはＰＩ（Ｐｒ
ｏｐｏｒｔｔｉｏｎａｌ＋Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御回路
である。このＰＩ制御回路１０７はメモリ１１２，１１
３にストアされたサンプリング時刻（ｔ−１）における
距離制御信号及び補正誤差信号データと、サンプリング
時刻（ｔ）における補正誤差信号ｅｎ（ｔ）から時刻
（ｔ）における新たな距離制御信号Ｕｎ（ｔ）を生成す
る。同時にメモリ１１２，１１３の値を更新する。

【００２６】距離制御信号Ｕｎ（ｔ）は、Ｄ／Ａ変換器
１０８で再びアナログ信号に変換された後、切り替え回
路１０９により対応する番号のプローブをＺ方向に駆動
するアクチュエータ（不図示）に印加される。制御ＣＰ
Ｕ１１４は順次選択するプローブを切り替え、全てのプ
ローブのＺ方向制御をする。なお、一度アクチュエータ
に信号が印加された後、再び同じアクチュエータに信号
が印加されるまでの間、アクチュエータはフローティン
グ状態になる。この間はアクチュエータの電極間の容量
により制御電圧が保持されており、アクチュエータの変
位は保たれる。上記の１０３〜１０８までのディジタル
演算／変換回路は、サンプリング周期に対し、それぞれ
十分に速い速度で動作させてもよいが、それぞれの各演
算毎にデータ保持メモリを設ける、いわゆるパイプライ
ン処理を行ってもよい。パイプライン処理を用いること
によって１０３〜１０８の各演算／変換回路は動作周波
数をサンプリング周波数まで低速化できるため、回路の
小型化、低コスト化がはかられる。

【００２７】以上のようにして、複数プローブのうち所
定のプローブが選択され、媒体と選択されたプローブ間
に流れるトンネル電流をもとに、選択されたプローブに
応じた補正量により補正された値にしたがって最終的に
選択されたプローブのアクチュエータが駆動されること
によって、媒体とプローブの間の距離が制御される。た
だし、各プローブに応じた補正量は、制御ＣＰＵ１１４
に接続された補正量測定回路１１０により決定される。

【００２８】補正量の測定は、測定するプローブを選択
し、制御ＣＰＵ１１４の指令に従って上述したように媒
体と選択されたプローブ間の距離制御を実行しながら、
補正量測定回路１１０から媒体１００に供給されている
バイアス電圧Ｖｂを変調したときに同期して得られる距
離制御信号Ｕｎの変調成分を調べることにより行われ
る。

【００２９】図２は、図１に示した制御回路構成図の制
御系をブロック線図表示したものである。

【００３０】ここで図１のサーボ制御系はディジタルサ
ーボ系であるものの、通常サンプリング間隔が数μｓｅ
ｃと制御信号帯域に比べ十分低いためアナログサーボ系
と近似して考えてもよい。図２により図１の補正回路１
０６の動作を詳細に説明する。

【００３１】Ｇａ（ｓ）：２００は、マルチプローブの
変位→トンネル電流変換特性を示すブロック、Ｇｂ
（ｓ）：２０１は対数変換回路特性を示すブロック、Ｇ
ｃ（ｓ）：２０２は補正回路を示すブロック、Ｇｄ
（ｓ）：２０３はＰＩ制御回路を示すブロック、Ｇｅ
（ｓ）：２０４はマルチプローブのＺ駆動素子の電圧→
変位変換特性を示すブロックである。ただしＶｂはプロ
ーブ媒体間のバイアス電圧、φ１〜φｎは各プローブの
仕事関数値、Ｇ１（ｓ）〜Ｇｎ（ｓ）は各マルチプロー
ブのＺ駆動素子の電圧→変位変換特性を示すブロック、
ａ，Ｋｐ，Ｋｉは定数である。

【００３２】前述した通り、プローブが複数本ある場
合、Ｚ駆動素子の変位感度やプローブ先端のティップの
感度すなわち仕事関数値はバラつき、仕事関数値φ１〜
φｎ及びＺ駆動素子の電圧→変位変換特性Ｇ１（ｓ）〜
Ｇｎ（ｓ）は各プローブ毎に異なる。

【００３３】このとき図２の閉ループにおいてＰＩ制御
回路２０３出力Ｕｎから対数変換回路２０１出力のＶｎ
への伝達特性を考えると、Ｖｎ＝Ｇｂ（ｓ）×Ｇａ（ｓ）×Ｇｅ（ｓ）×Ｕｎ＝ｌｏｇ₁₀｛ＶＢ・ｅｘｐ（−ａ・φｎ^1/2・Ｇｎ・Ｕｎ）｝＝Ａ・φｎ^1/2・Ｇｎ・Ｕｎ＋Ｂ（Ａ，Ｂは定数）と表される。

【００３４】すなわち、プローブ毎のφ及びＧのバラつ
きは、閉ループ伝達特性のゲインバラつきになり、この
ままＰＩ制御回路２０３でサーボをかけられると個々の
プローブによってサーボの応答周波数が異なってしま
う。そこで、本実施例では補正回路２０２によりこのゲ
インバラつきを補正し、補正後の誤差信号をＰＩ制御回
路２０３に入れることで全てのプローブを同程度の精度
でサーボ制御を行った。前述のように補正回路２０２で
は、比較器出力にプローブ毎異なる補正量（：ｇｎ）を
乗じている。この補正量の測定方法について詳しく説明
する。

【００３５】まず、全てのプローブからトンネル電流を
検出しトンネル電流が一定になるように媒体と各プロー
ブの距離制御を行うよう閉ループでサーボをかける。た
だし、このとき補正回路は動作することなく全てのプロ
ーブに対し同一のゲインが乗じられるよう設定されてい
る。距離制御を実行している状態で制御ＣＰＵ１１４か
ら補正量測定回路１１０を通じて、Ｚ駆動素子の応答周
波数以下のバイアス電圧Ｖｂ変調信号を発生し、媒体１
００に印加する（ΔＶｂ）。この場合、サーボ制御が行
われているため、Ｖｂ変調信号に同期して各プローブか
らのトンネル電流が変化し、それに応じてＰＩ制御回路
１０７から距離制御信号が出力される。このとき各プロ
ーブからの距離制御信号出力（ΔＵｎ）をモニタし、各
プローブについてバイアス電圧ＶｂからＰＩ制御出力Ｕ
ｎの伝達特性Ｇmulti＝ΔＵｎ／ΔＶｂを測定した。こ
れが全てのプローブで一定となるように各プローブの補
正量（：ｇｎ）を決定した。

【００３６】図３は本発明による情報処理装置であり、
上記のような制御回路およびマルチプローブを備えたＳ
ＴＭの一つの実施形態の構成を示す図である。

【００３７】３０１はマルチプローブヘッドであり、マ
ルチプローブヘッド３０１の作成について図４を用いて
説明する。

【００３８】図４（ａ）は、マルチプローブヘッドの一
本のプローブ構造を示す図であり、図４（ｂ）は、図４
（ａ）中Ａ−Ｂの断面図である。

【００３９】図中、４０１はＳｉ基板、４０２，４０８
はＳｉＮｘ層、４０３，４０５，４０７は駆動用電極、
４０４，４０６は圧電体薄膜、４０９はプローブ先端の
ティップ、４１０はティップ用電極である。

【００４０】このカンチレバーは、バイモルフ構造を有
し逆圧電効果により電圧印加で変位する。以下にその作
製行程を記す。

【００４１】まず、Ｓｉ（１００）基板（厚さ０．５μ
ｍ）上に、ＣＶＤ法によりＳｉ₃Ｎ₄膜を０．１５μｍの
厚さに成膜した。使用した原料ガスはＳｉＨ₂Ｃ₁₂：Ｎ
Ｈ₃（１：９）であり、基板温度８００℃であった。次
に、フォトリソグラフィー及びＣＦ₄ドライエッチング
により、Ｓｉ₃Ｎ₄を所望の形状にパターニングした。続
いてＣｒ０．０ｌμｍ，Ａｕ０．０９μｍを成膜し、フ
ォトリソグラフィー及びウェットエッチングによりパタ
ーニングした。

【００４２】次に、スパッタ法で圧電体薄膜ＡｌＮを
０．３μｍ成膜した。ターゲットはＡｌを用い、Ａｒ＋
Ｎ₂雰囲気でスパッタした。さらにフォトリソグラフィ
ーとＡｌ用エッチング液によるウェットエッチングでパ
ターニングした。その後、上記工程を繰り返し、結局Ｓ
ｉ基板−Ａｕ／Ｃｒ−ＡｌＮ−Ａｕ／Ｃｒ−ＡｌＮ−Ａ
ｕ／Ｃｒのバイモルフ構造を形成した。さらに保護層と
してアモルファスＳｉＮを０．１５μｍＣＶＤ法により
成膜した。その後、タングステン（Ｗ）ティップを蒸着
法で作製した後、ＫＯＨによるＳｉの異方性エッチング
を用いて、Ｓｉ₃Ｎ₄がついていない部分を除去し、カン
チレバーを作製した。最後にＷティップをＰｔコーティ
ングした。一本のカンチレバーの寸法は、長さ７００×
幅２３０μｍでＺ方向の共振周波数３．３ｋＨｚ，１Ｖ
印加時のバイモルフの平均変位量は１．７５μｍであっ
た。このカンチレバー型プローブを５×５ケ、計２５個
マトリックス状に作製し、さらにＳｉウエハ上のカンチ
レバー型プローブ近傍にＩＣプロセスを用いてトンネル
電流検出アンプを構成しマルチプローブヘッド３０１
（図３参照）とした。このとき光学的手法で２５本のプ
ローブの変位感度を測定したところ約２０％のバラつき
があった。

【００４３】再び図３にもどり本実施例の記録再生装置
について説明する。３０２は記録媒体であり、これに接
近してマルチプローブヘッド３０１が対向している。マ
ルチプローブヘッド３０１は微動機構であるクチュエー
タ３０３、さらに構造体３０９に取り付けられている。
アクチュエータ３０３は制御回路３０５が発生するアク
チュエータ制御信号Ｓ３１によって制御される。

【００４４】表面観察時、マルチプローブヘッド３０１
と記録媒体３０２の間にバイアス電圧を印加した状態で
Ｚ方向アクチュエータ３０３を傾きを補正しながら動か
し、全てのプローブからトンネル電流が流れる程度まで
マルチプローブヘッド３０１を記録媒体３０２に近づけ
る。さらに、図１で詳細を説明した制御回路３０４に具
備されたＺ方向制御回路３０４により全てのプローブと
対向する記録媒体３０２間の距離を一定とするようにサ
ーボをかける。この状態で制御回路３０５はＸＹ走査信
号Ｓ３２を発生する。ＸＹ走査信号Ｓ３２は、構造体３
０９に取り付けられたＸＹ走査機構３１０に印加され、
試料３０２の載った基台３０７を二次元に走査する。こ
のとき、試料３０２の表面の微小な凹凸により変化する
トンネル電流が検出される。検出されたトンネル電流を
制御回路３０５に取り込み、ＸＹ走査信号Ｓ３２に同期
させて処理することで２５本のプローブからのＳＴＭ像
が得られた。

【００４５】さらに、ＳＴＭ像は二次元ＦＦＴ等の画像
処理を行い、２５全画面分を合成してディスプレイ３０
８に表示した。また、観察場所を変えるときには図示せ
ぬＸＹ粗動機構により試料３０２を移動して観察を行っ
た。

【００４６】本実施例においてＺ方向制御回路３０４で
マルチプローブヘッド３０１からのトンネル電流信号を
補正してＺ方向制御を行った。Ｚ方向制御を行うための
補正データはメモリ３１１に格納し、図１で説明したよ
うなＺ方向制御を行った。本実施例においては補正デー
タを得るために、表面観察に先立って、広い面積にわた
って平坦なＨＯＰＧ、Ｓｉ等の標準試料にマルチプロー
ブを対向させ、全てのプローブから検出されるトンネル
電流が一定となるように制御回路３０５によってサーボ
をかけた。その後、この標準試料に印加しているバイア
ス電圧を変調する（ΔＶｂ）。このとき、各プローブか
らのトンネル電流信号、対数変換回路出力、さらにＰＩ
制御出力（△Ｕｎ）をモニタし、各プローブについてバ
イアス電圧ＶｂからＰＩ制御出力Ｕｎの伝達特性Ｇmult
i＝ΔＵｎ／ΔＶｂを測定し、補正量を決定した。この
結果、約２０％の変位感度バラつきが影響することな
く、全てのプローブからおなじようにＳＴＭ像が得られ
た。

【００４７】本発明の走査型トンネル顕微鏡を用いるこ
とにより、復数本のプローブを有するマルチプローブヘ
ッドを小型制御回路で制御し、広い面積の試料を短時間
で表面観察を行うことが可能となった。

【００４８】本発明で用いたカンチレバーは、ＡｌＮ、
ＺｎＯ等の圧電体薄膜、金属膜の薄膜を積層しているた
め、数Ｖの電圧印加により電圧破壊を起こしやすく、容
易に静電気や帯電等で圧電体薄膜の破壊を招いていた。
本実施例のようにサーボ系の入力部でゲイン補正を行う
場合、アクチュエータを絶縁破壊させることなく複数の
プローブを制御できるという実施例特有の効果がある。

【００４９】なお、本発明ではＺ方向アクチュエータと
して圧電体の逆電圧効果を利用したカンチレバー型アク
チュエータを用いたが、アクチュエータはこれに限定さ
れることはなく、例えば静電力を用いたものでも良い。
また、ＳＴＭに代わり、マルチプローブを有する原子間
力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、プローブの弾性定数バラ
つきを補正する回路を有するプローブ−試料間の距離制
御回路に応用しても良い。

【００５０】さらに、本発明では、補正回路としてＺサ
ーボ回路の閉ループゲインを調整する回路を構成した
が、単なるゲイン調整だけでなく、制御対象であるアク
チュータの機械的Ｑ値のバラつきによる変位の過度特性
を補正するフィルタ回路、位相補償等の補正回路を構成
してもよい。また、カンチレバーの反りのバラつきを補
正するためにＤ／Ａ変換器１０８の入力に各カンチレバ
ーの反り量に対応するオフセット値を重畳視補正する回
路を設けてもよい。

【００５１】［実施例２］図５は、本発明による情報処
理装置である記録再生装置の第２の実施例の概略図であ
る。

【００５２】図中、５０１は記録媒体であり、これに接
近して実施例１と同様のマルチプローブヘッド５０２が
対向している。マルチプローブヘッド５０２は図示せぬ
積層型圧電素子等の微動機構に取り付けられ、微動機構
はマルチプローブヘッド５０２を記録媒体５０１に接近
させる。

【００５３】また、５０３はＸＹ走査回路、５０４，５
０５は記録媒体５０１の載ったステージ５０６をそれぞ
れＸ方向，Ｙ方向にそれぞれ駆動するアクチュエータで
ある。５０７は各プローブ毎のデータ入出力とＺ方向制
御を行う制御回路である。

【００５４】記録媒体５０１として、電圧電流のスイッ
チ特性に対し、メモリ効果をもつ材料を基板上に形成し
たものを用いた。本実施例では、ガラスや雲母等の平坦
な基板上に金をエピタキシャル成長させた基板を用意
し、この基板上に電圧電流のスイッチング特性に対しメ
モリ効果をもつ材料としてスクアリウム−ビス−６−オ
クチルアズレンを用い、ラングミュア・プロジェット法
（ＬＢ法）により、単分子膜２層の累積膜を基板電極上
に形成した。また記録媒体５０１上には凹状の溝もしく
は表面電子状態の異なるトラッキングパターン５０８が
刻まれている。そしてプローブのトンネル電流変化から
トラッキングパターンエッジ位置をトラッキング制御回
路５０９で検出し、トラッキングずれをトラッキングア
クチュエータ５１０で補正する。

【００５５】この記録再生装置を用い、以下のように記
録再生をの実験を行った。

【００５６】マルチプローブヘッド５０２と試料の間に
バイアス電圧を１００ｍＶ印加し、この状態で図示せぬ
積層型圧電素子等の微動機構により全てのプローブから
トンネル電流が流れる程度までマルチプローブヘッド５
０２を記録媒体５０１に近づける。さらに制御回路５０
７中にあり図１で詳細を説明したＺ方向制御回路により
全てのプローブと対向する試料間の距離を一定とするよ
うにサーボをかけておく。この状態でＸＹ走査回路５０
３はＸＹ走査信号Ｓ５１を発生する。ＸＹ走査信号Ｓ５
１はアクチュエータ５０４，５０５に印加され、記録媒
体５０１が載置されたステージ５０６を二次元に走査す
る。

【００５７】記録は以下のように行った。全てのプロー
ブから１ｎＡのトンネル電流が流れる程度までサーボを
かけ、近づけておく。この状態で記録媒体５０１の所望
の位置までプローブを移動後、バイアス電圧を変調し、
６Ｖのパルス電圧をプローブ１と記録媒体３の間に印加
すると、瞬間的に約０．１μＡの電流が流れる大きさ１
０ｎｍφのビットが形成（記録）され、パルス電圧の印
加後、走査を行ったところ、その状態を保持した（再
生）。そこでこの低抵抗状態にあるビットを“１”に対
応づけ、高抵抗状態の“０”と区別する。そして記録デ
ータに符号器で“０”“１”のデータへのコード化を行
い２値化記録再生を行った。

【００５８】本実施例でもマルチプローブからのトンネ
ル電流信号を補正してＺ方向制御を行っている。このた
めの補正データはメモリ５１１に格納されている。本実
施例においては補正データを得るために、記録再生に先
立って記録媒体５０１上で全てのプローブをＺ方向に変
調する（ΔＶｂ）。このとき各プローブからのトンネル
電流信号、対数変換回路出力、さらにＰＩ制御出力（Δ
Ｕｎ）をモニタし、各プローブについてバイアス電圧Ｖ
ｂからＰＩ制御出力Ｕｎの伝達特性Ｇmulti＝ΔＵｎ／
ΔＶｂを測定し、補正量を決定した。

【００５９】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００６０】請求項１乃至請求項３のそれぞれに記載の
ものにおいては、複数のプローブの特性バラつきの影響
を廃し、複数のプローブを用いて安定な位置制御を行う
ことができる小型の情報処理装置を実現できる。

【００６１】請求項４に記載のものにおいては、上記効
果を奏する走査型プローブ顕微鏡を実現することができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるマルチプローブ
の制御回路の構成例を示す図である。

【図２】図１に示した制御回路構成図の制御系をブロッ
ク線図表示したものである。

【図３】図１および図２に示した制御回路およびマルチ
プローブを備え、ＳＴＭを用いた情報処理装置の一つの
実施形態の構成を示す図である。

【図４】（ａ）は、マルチプローブヘッドの一本のプロ
ーブ構造であり、（ｂ）は、（ａ）中Ａ−Ｂの断面図で
ある。

【図５】本発明による情報処理装置である記録再生装置
の第２の実施例の概略図である。

【符号の説明】

１００媒体１０１マルチプローブ１０２選択回路１０３Ａ／Ｄ変換器１０４対数変換回路１０５比較器１０６補正回路１０７ＰＩ制御回路１０８Ｄ／Ａ変換器１０９切り替え回路１１１〜１１３メモリ１１４制御ＣＰＵ３０１マルチプローブヘッド３０２試料３０４Ｚ方向制御回路３０５制御回路３０６ＸＹ走査信号３０７基台３０８ディスプレイ３１１メモリ５０１記録媒体５０２マルチブローブヘッド５０３ＸＹ走査回路５０７制御回路５０８トラッキングパターン５０９トラッキング制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山野明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 (72)発明者紫藤俊一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)発明者畑中勝則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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置された複数本のプローブと媒体
との間に物理現象により生じる信号を用いて記録情報の
再生を行う情報処理装置において、前記複数のプローブのうちの所定のプローブを順次選択
する選択回路と、前記選択回路により選択された所定のプローブと前記媒
体との間に生じる信号を検出する信号検出回路と、前記選択回路により選択されたプローブに対応して前記
信号検出回路の出力を補正する補正回路と、前記補正回路信号出力に基づいて前記選択回路により選
択されたプローブと媒体間の位置を制御する信号を発生
する制御回路と、前記複数のプローブについてそれぞれ設けられ、各プロ
ーブを移動させて前記媒体との距離を変える複数のアク
チュエータと、前記制御回路の出力信号を前記選択回路により選択され
たプローブに対応して設けられたアクチュエータに印加
する切り替え回路と、前記選択回路、制御回路および切り替え回路の一連の動
作が実行されている間にプローブと前記媒体間に印加す
る電圧を変化させたときに制御回路から出力される制御
信号に基づいて各プローブ毎の補正量を測定する補正量
測定回路と、前記選択回路、補正回路、切り替え回路および補正量測
定回路における選択動作、補正動作、切り替え動作およ
び補正量測定動作を制御する制御装置とを有することを
特徴とする情報処理装置。
【請求項２】請求項１記載の情報処理装置において、補正回路が各プローブに対応したゲイン補正を行うこと
を特徴とする情報処理装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の情報処
理装置において、補正回路が各プローブに対応した補正を行うための各プ
ローブに対応した補正量をストアするメモリを有するこ
とを特徴とする情報処理装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の情報処理装置を有することを特徴とする走査型プロー
ブ顕微鏡。