JPH06300513A - Probe position control method, scanning tunnelling microscope and record reproducing device - Google Patents

Probe position control method, scanning tunnelling microscope and record reproducing device

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JPH06300513A
JPH06300513A JP8723793A JP8723793A JPH06300513A JP H06300513 A JPH06300513 A JP H06300513A JP 8723793 A JP8723793 A JP 8723793A JP 8723793 A JP8723793 A JP 8723793A JP H06300513 A JPH06300513 A JP H06300513A
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JP
Japan
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probe
tip
circuit
elastic
sample
Prior art date
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JP8723793A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Oguchi
高弘 小口
Toshihiko Miyazaki
俊彦 宮▲崎▼
Akira Kuroda
亮 黒田
Toshimitsu Kawase
俊光 川瀬
Masahiro Tagawa
昌宏 多川
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To accurately conduct feedback control of an elastic probe. CONSTITUTION:A tunnel current Jt detected by an elastic probe 40 is transformed into a transformed voltage Vt by a current/voltage transforming circuit 21 and then inputted to a Z-servo circuit 23 via a logarithmic transforming circuit 22. In the Z-servo circuit 23, based on a logarithmic voltage LogVt from the logarithmic transforming circuit 22 and a gain parameter PG from an FB loop gain setting circuit 26, a distance control signal SL is prepared for driving-control a Z-fine movement mechanism 25 so that a distance between an elastic probe 40 and an observed sample 1 may be constant. The distance control signal SL is inputted to the Z-fine movement mechanism 25 after being amplified by an amplifier 24. Consequently, since the elastic probe 40 is bimorph- driven by the Z-fine movement mechanism 25, distance between the elastic probe 40 and the observed sample 1 is held constant.

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、プローブ位置制御方
法,走査型トンネル顕微鏡および記録再生装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe position control method, a scanning tunneling microscope and a recording / reproducing apparatus.

【0002】[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(STM)が開発さ
れ、単結晶および非晶質を問わずに、実空間像を高い分
解能で測定できるようになった (G. Binnig et al., Ph
ys. Rev. Lett., 49, 57, 1982)。走査型トンネル顕微
鏡は、金属のティップ(探針)と導電性物質との間に電
圧を加えた状態で、ティップを導電性物質の表面から1
nm程度の距離まで近づけたときに、ティップと導電性
物質との間に流れるトンネル電流を利用するものであ
る。このトンネル電流の大きさは、ティップと導電性物
質の表面との間の距離に依存し、かつ、この距離の変化
に非常に敏感である。このため、トンネル電流の大きさ
をを一定に保つようにティップ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読み取ることが
可能となる。このときの導電性物質の面内方向の分解能
は、0.1nm程度である。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (STM) has been developed which can directly observe the electronic structure of surface atoms of a conductor, and enables real space images to be measured with high resolution regardless of whether it is a single crystal or an amorphous material. (G. Binnig et al., Ph
ys. Rev. Lett., 49, 57, 1982). A scanning tunneling microscope uses a tip from the surface of a conductive substance in a state where a voltage is applied between the metal tip (probe) and the conductive substance.
The tunnel current flowing between the tip and the conductive substance is used when the distance is approached to a distance of about nm. The magnitude of this tunneling current depends on the distance between the tip and the surface of the conductive material and is very sensitive to changes in this distance. Therefore, by scanning the tip so that the magnitude of the tunnel current is kept constant,
It becomes possible to read various information about all electron clouds in the real space. At this time, the in-plane resolution of the conductive substance is about 0.1 nm.

【0003】このような走査型トンネル顕微鏡の原理を
応用すれば、十分に原子オーダ(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。たとえ
ば、特開昭61−80536号公報に開示されている記
録再生装置では、電子ビームなどによって記録媒体の表
面に吸着した原子粒子を取り除くことにより情報の記録
を行うとともに、走査型トンネル顕微鏡を用いて、記録
された情報の再生を行っている。
By applying the principle of such a scanning tunneling microscope, the atomic order (sub-nanometer) can be sufficiently obtained.
It is possible to perform high-density recording / reproduction in. For example, in the recording / reproducing apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-80536, information is recorded by removing atomic particles adsorbed on the surface of the recording medium by an electron beam or the like, and a scanning tunneling microscope is used. Then, the recorded information is reproduced.

【0004】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もつ材料(たとえば、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
いて記録再生を走査型トンネル顕微鏡で行う方法が、特
開昭63−161552号公報および特開昭63−16
1553号公報に開示されている。この方法によれば、
記録ビットのサイズを10nmとすれば、1012bit
/cm2 もの大容量記録再生が可能である。
Further, as the recording layer, a material having a memory effect on the switching characteristics of voltage and current (for example, π
A method of performing recording / reproducing with a scanning tunneling microscope using a thin film layer of an electronic organic compound or a chalcogen compound is disclosed in JP-A-63-161552 and JP-A-63-16.
It is disclosed in Japanese Patent No. 1553. According to this method
If the recording bit size is 10 nm, then 10 12 bits
High-capacity recording / playback of as high as / cm 2 is possible.

【0005】さらに、小型化を目的とし、先端にティッ
プが設けられた複数個のマイクロプローブを半導体基板
上に形成し、各ティップと対向する記録媒体で、プロー
ブを変位させることにより情報の記録を行う記録装置
が、特開昭62−281138号公報および特開平1−
196751号公報に開示されている。たとえば、1c
2 角のシリコンチップ上に2500本のプローブを5
0×50のマトリック状に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もつ材料とを組み合わせる
ことにより、ティップ1本当たり400Mbit、総記
録容量1Tbitのデジタルデータの記録再生を行うこ
とができる。
Further, for the purpose of downsizing, a plurality of microprobes with tips provided at the tip are formed on a semiconductor substrate, and information is recorded by displacing the probes with a recording medium facing each tip. The recording apparatus to be used is disclosed in JP-A-62-281138 and JP-A-1-
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 196751. For example, 1c
5 2500 probes on a silicon chip of m 2 square
By combining the 0x50 matrix-type multi-probe head with the above-mentioned material having a memory effect, it is possible to record / reproduce digital data of 400 Mbit per tip and a total recording capacity of 1 Tbit.

【0006】この際、ティップを長さ数100μm程度
のカンチレバー(片持ちばり)上に取り付けることによ
りカンチレバー状のマイクロプローブを構成するととも
に、このカンチレバー状のマイクロプローブを圧電体で
構成して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成法としては、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,金属膜などの多層構造を有するカンチレ
バーを作成する方法がある(T.R.Albrecht etal.,“Mic
rofabrication of integrated scanning tunneling mic
roscope”, Proceedings of 4th International Confer
ence on scanning tunneling microscope/spectroscop
y, 1990)。
At this time, a tip is mounted on a cantilever (cantilever beam) having a length of several 100 μm to form a cantilever-shaped microprobe, and the cantilever-shaped microprobe is composed of a piezoelectric body and driven. A method is being considered. Conventionally, as a method of producing such a cantilever, a method of producing a cantilever having a multi-layer structure such as a piezoelectric thin film or a metal film by applying a semiconductor process and using a processing technique for performing fine processing on one substrate has been used. Yes (TRAlbrecht et al., “Mic
rofabrication of integrated scanning tunneling mic
roscope ”, Proceedings of 4th International Confer
ence on scanning tunneling microscope / spectroscop
y, 1990).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来、上記のようなマ
イクロプローブやこれを集積化したマルチプローブヘッ
ドは、ICプロセスを応用して作成されていた。すなわ
ち、ティップをプローブ先端に形成したカンチレバー型
プローブをフォトリソグラフィー技術を用いて作成し、
このカンチレバーを圧電力や静電力により駆動するとい
うマイクロプローブやマルチプローブヘッドが、提案さ
れていた。しかしながら、このようなフォトリソグラフ
ィー技術で作成したマイクロプローブはサイズが大きく
ないため、それほど大きな弾性定数をもたない。このた
め、マイクロプローブに対向する記録媒体または試料に
マイクロプローブを近づけ、両者間に流れる電流を利用
して記録再生装置や走査型トンネル顕微鏡を構成しよう
とする場合、以下の問題があった。
Conventionally, the microprobe and the multi-probe head in which the microprobe is integrated have been manufactured by applying an IC process. In other words, a cantilever type probe with a tip formed on the probe tip is created using photolithography technology,
A microprobe and a multiprobe head have been proposed in which this cantilever is driven by piezoelectric power or electrostatic force. However, since the microprobe formed by such a photolithography technique is not large in size, it does not have such a large elastic constant. Therefore, when the microprobe is brought close to the recording medium or the sample facing the microprobe and the current flowing between them is used to construct the recording / reproducing apparatus or the scanning tunneling microscope, there are the following problems.

【0008】(1)前述したように、マイクロプローブ
を試料(記録媒体)に近づけた場合、ティップの先端と
ファンデルワールス力,水など液体の表面張力,両者間
に印加される電圧による静電力などを原因とする吸着力
が働く。この力とアクチュエータのたわみの弾性力との
つりあいの関係で、ティップの先端を試料に近づけたと
き、吸着力と弾性力とのつりあいが不安定点に達した瞬
間、カンチレバーがたわんで、試料にティップが吸着
し、このとき、ティップからの検出電流は急にある値に
達してしまう。このような吸着状態下において、ティッ
プの変位量は、ティップの先端がフリーの状態に比べ大
きく減少してしまう。このため、この状態でティップの
先端と試料との間を流れる電流を一定とするフィードバ
ック制御を行おうとすると、先端がフリーの状態に比
べ、制御成績が非常に悪くなった。したがって、この状
態でマイクロプローブを記録再生に用いると、プローブ
を試料上をアクセスする際、両者の距離が大きく変動
し、記録再生の性能劣化をもたらした。また、走査型ト
ンネル顕微鏡に用いた場合は、正しい試料表面の凹凸情
報が得られなかった。
(1) As described above, when the microprobe is brought close to the sample (recording medium), the tip of the tip and the van der Waals force, the surface tension of the liquid such as water, and the electrostatic force due to the voltage applied between them. The attraction force due to Due to the balance between this force and the elastic force of the flexure of the actuator, when the tip of the tip is brought close to the sample, the cantilever bends when the tip of the tip reaches the unstable point and the tip of the tip reaches the sample. Is adsorbed, and at this time, the detection current from the tip suddenly reaches a certain value. Under such a suction state, the amount of displacement of the tip is greatly reduced as compared with the state in which the tip of the tip is free. Therefore, if feedback control is performed in this state in which the current flowing between the tip of the tip and the sample is constant, the control results are much worse than when the tip is free. Therefore, when the microprobe is used for recording / reproducing in this state, the distance between the two is greatly changed when the probe is accessed on the sample, resulting in deterioration of recording / reproducing performance. Further, when used in a scanning tunneling microscope, correct information on the surface roughness of the sample could not be obtained.

【0009】(2)また、マイクロプローブを集積化し
たマルチプローブヘッドを作成した場合、プロセスのば
らつきなどによるプローブ性能のばらつきが生じた。こ
のとき、プローブの機械特性、特に弾性定数がばらつく
と、プローブ接触時、プローブ先端の変位減少量がばら
つき、プローブごとの制御性能のばらつきが発生した。
このため、複数のマイクロプローブを集積化したマルチ
プローブを用いた記録再生装置は、プローブごとに信号
がばらつき、思い通りの性能が得られなかった。
(2) Further, when a multi-probe head in which microprobes are integrated is produced, the probe performance varies due to process variations and the like. At this time, if the mechanical characteristics of the probe, in particular, the elastic constants vary, the amount of decrease in the displacement of the probe tip varies when the probe comes into contact, and the control performance varies from probe to probe.
For this reason, in the recording / reproducing apparatus using the multi-probe in which a plurality of microprobes are integrated, the signal varies from probe to probe, and the desired performance cannot be obtained.

【0010】本発明の目的は、弾性体プローブのフィー
ドバック制御を正確に行うことができるプローブ位置制
御方法,走査型トンネル顕微鏡および記録再生装置を提
供することにある。
It is an object of the present invention to provide a probe position control method, a scanning tunnel microscope and a recording / reproducing apparatus which can accurately perform feedback control of an elastic probe.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明のプローブ位置制
御方法は、弾性体プローブの先端に設けられた導電性テ
ィップを試料に接触させたときの該導電性ティップと該
試料との間に流れる電流を用いて、該弾性体プローブの
位置を制御するプローブ位置制御方法において、前記導
電性ティップと前記試料との接触に伴って生じる前記弾
性体プローブの先端の変位減少を補正する。
According to the probe position control method of the present invention, a conductive tip provided at the tip of an elastic probe flows between the conductive tip and the sample when the sample is brought into contact with the sample. In a probe position control method for controlling the position of the elastic probe by using an electric current, a decrease in displacement of the tip of the elastic probe caused by contact between the conductive tip and the sample is corrected.

【0012】ここで、前記導電性ティップと前記試料と
の間の距離を制御するための制御ループのゲインを補正
することにより、前記弾性体プローブの先端の変位減少
を補正してもよい。
Here, the decrease in displacement of the tip of the elastic probe may be corrected by correcting the gain of a control loop for controlling the distance between the conductive tip and the sample.

【0013】または、先端に導電性ティップが設けられ
た弾性体プローブが複数個集積されたマルチプローブヘ
ッドの前記各導電性ティップを試料に接触させたときの
該各導電性ティップと前記試料との間に流れる各電流を
用いて、前記各弾性体プローブの位置をそれぞれ制御す
るプローブ位置制御方法において、前記各導電性ティッ
プと前記試料との接触に伴って生じる前記各弾性体プロ
ーブの先端の変位減少をそれぞれ補正する。
Alternatively, when the conductive tips of the multi-probe head in which a plurality of elastic probes having conductive tips are integrated are brought into contact with a sample, the conductive tips and the sample are separated from each other. In the probe position control method for controlling the position of each elastic probe by using each current flowing therebetween, displacement of the tip of each elastic probe caused by contact between each conductive tip and the sample. Correct each decrease.

【0014】ここで、前記各導電性ティップと前記試料
との間の距離を制御するための各制御ループのゲインを
それぞれ補正することにより、前記各弾性体プローブの
先端の変位減少をそれぞれ補正してもよい。
Here, by correcting the gain of each control loop for controlling the distance between each conductive tip and the sample, the displacement decrease of the tip of each elastic probe is corrected. May be.

【0015】本発明の走査型トンネル顕微鏡は、先端に
導電性ティップが設けられた弾性体プローブが複数個集
積されたマルチプローブヘッドと、前記各導電性ティッ
プを試料に接触させたときの該各導電性ティップと前記
試料との間に流れる各電流を用いて前記各弾性体プロー
ブの位置をそれぞれ制御する複数個の制御手段とを備え
た走査型トンネル顕微鏡において、前記各制御手段の制
御ループのゲインをそれぞれ補正する複数個の補正手段
を含む。
The scanning tunneling microscope of the present invention comprises a multi-probe head in which a plurality of elastic probes each having a conductive tip on its tip are integrated, and each of the conductive tips when the conductive tip is brought into contact with a sample. In a scanning tunneling microscope including a plurality of control means for controlling the position of each elastic probe by using each current flowing between a conductive tip and the sample, a control loop of each control means It includes a plurality of correction means for respectively correcting the gain.

【0016】ここで、前記各補正手段の補正量がそれぞ
れ格納される記憶手段をさらに含んでいてもよいし、前
記各制御手段のフィードバックパラメータがそれぞれ格
納される記憶手段をさらに含んでいてもよい。
Here, it may further include storage means for storing the correction amounts of the correction means, and storage means for storing feedback parameters of the control means. .

【0017】本発明の記録再生装置は、先端に導電性テ
ィップが設けられた弾性体プローブが複数個集積された
マルチプローブヘッドと、前記各導電性ティップを試料
に接触させたときの該各導電性ティップと前記試料との
間に流れる各電流を用いて前記各弾性体プローブの位置
をそれぞれ制御する複数個の制御手段とを備えた記録再
生装置において、前記各制御手段の制御ループのゲイン
をそれぞれ補正する複数個の補正手段を含む。
The recording / reproducing apparatus of the present invention comprises a multi-probe head in which a plurality of elastic probes each having a conductive tip on its tip are integrated, and the conductive tips when the conductive tips are brought into contact with a sample. In a recording / reproducing apparatus including a plurality of control means for controlling the position of each elastic probe by using each current flowing between the sample tip and the sample, the gain of the control loop of each control means is set. It includes a plurality of correction means for correcting each.

【0018】ここで、前記各補正手段の補正量がそれぞ
れ格納される記憶手段をさらに含んでいてもよいし、前
記各制御手段のフィードバックパラメータがそれぞれ格
納される記憶手段をさらに含んでいてもよい。
Here, it may further include storage means for storing the correction amounts of the correction means, and storage means for storing feedback parameters of the control means. .

【0019】[0019]

【作用】本発明のプローブ位置制御方法は、導電性ティ
ップと試料との接触に伴って生じる弾性体プローブの先
端の変位減少を補正することにより、弾性体プローブの
フィードバック制御を正確に行うことができる。具体的
には、導電性ティップと試料との間の距離を制御するた
めの制御ループのゲインを補正することにより、弾性体
プローブの先端の変位減少を補正すればよい。
According to the probe position control method of the present invention, the feedback control of the elastic probe can be accurately performed by correcting the displacement reduction of the tip of the elastic probe caused by the contact between the conductive tip and the sample. it can. Specifically, the decrease in displacement of the tip of the elastic probe may be corrected by correcting the gain of the control loop for controlling the distance between the conductive tip and the sample.

【0020】本発明の走査型トンネル顕微鏡は、各制御
手段の制御ループのゲインをそれぞれ補正する複数個の
補正手段を含むことにより、弾性体プローブのフィード
バック制御を正確に行うことができる。
The scanning tunneling microscope of the present invention can accurately perform feedback control of the elastic probe by including a plurality of correction means for correcting the gain of the control loop of each control means.

【0021】本発明の記録再生装置は、各制御手段の制
御ループのゲインをそれぞれ補正する複数個の補正手段
を含むことにより、弾性体プローブのフィードバック制
御を正確に行うことができる。
The recording / reproducing apparatus of the present invention can accurately perform feedback control of the elastic probe by including a plurality of correcting means for respectively correcting the gains of the control loops of the respective controlling means.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は、本発明の走査型トンネル顕微鏡の
一実施例を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the scanning tunneling microscope of the present invention.

【0024】走査型トンネル顕微鏡10は、XY微動駆
動機構11と、XY微動駆動回路12と、バイアス回路
13と、先端に導電性ティップ49が設けられた弾性体
プローブ40と、電流電圧変換回路21と、対数変換回
路22と、Zサーボ回路23と、増幅器24と、Z微動
機構25と、フィードバックループゲイン設定回路(以
下、「FBループゲイン設定回路26」と称する。)
と、制御回路30と、スイッチ回路31と、ディスプレ
イ32とを含む。走査型トンネル顕微鏡10の各構成要
素について、以下に詳細に説明する。
The scanning tunneling microscope 10 includes an XY fine movement drive mechanism 11, an XY fine movement drive circuit 12, a bias circuit 13, an elastic body probe 40 having a conductive tip 49 at its tip, and a current-voltage conversion circuit 21. , Logarithmic conversion circuit 22, Z servo circuit 23, amplifier 24, Z fine movement mechanism 25, and feedback loop gain setting circuit (hereinafter referred to as “FB loop gain setting circuit 26”).
A control circuit 30, a switch circuit 31, and a display 32. Each component of the scanning tunneling microscope 10 will be described in detail below.

【0025】(1)XY微動駆動機構11,XY微動駆
動回路12およびバイアス回路13 XY微動駆動機構11は、導電性ティップ49を観察試
料1の表面に対して図示X軸方向およびY軸方向にそれ
ぞれ走査させるためのものである。XY微動駆動回路1
2は、XY微動駆動機構11を駆動させるためのもので
ある。バイアス回路13は、導電性ティップ11と観察
試料1との間に所定のバイアス電圧を印加するためのも
のである。
(1) XY fine movement drive mechanism 11, XY fine movement drive circuit 12 and bias circuit 13 The XY fine movement drive mechanism 11 has the conductive tip 49 in the X-axis direction and the Y-axis direction in the figure with respect to the surface of the observation sample 1. Each is for scanning. XY fine movement drive circuit 1
2 is for driving the XY fine movement drive mechanism 11. The bias circuit 13 is for applying a predetermined bias voltage between the conductive tip 11 and the observation sample 1.

【0026】(2)弾性体プローブ40 弾性体プローブ40は、具体的には、図2(A),
(B)にそれぞれ示すように、シリコン基板41と、第
1のSiNx層42と、第1の駆動用電極43と、第1
の圧電体薄膜44と、第2の駆動用電極45と、第2の
圧電体薄膜46と、第3の駆動用電極47と、第2のS
iNx層48と、トンネル電流Jt を検出するための先
鋭な導電性ティップ49と、ティップ用電極50とから
なる。すなわち、弾性体プローブ40は、バイモルフ構
造を有するカンチレバーとなっており、第1から第3の
駆動用電極43,45,47に所定の電圧がそれぞれ印
加されることによって、逆圧電効果で図示上下方向に変
位する。
(2) Elastic Body Probe 40 The elastic body probe 40 is specifically shown in FIG.
As shown in (B), respectively, the silicon substrate 41, the first SiNx layer 42, the first driving electrode 43, and the first
Piezoelectric thin film 44, a second driving electrode 45, a second piezoelectric thin film 46, a third driving electrode 47, and a second S electrode.
The iNx layer 48 includes a sharp conductive tip 49 for detecting the tunnel current J t , and a tip electrode 50. That is, the elastic body probe 40 is a cantilever having a bimorph structure, and when a predetermined voltage is applied to each of the first to third driving electrodes 43, 45, and 47, a reverse piezoelectric effect is applied to the upper and lower sides in the drawing. Displace in the direction.

【0027】弾性体プローブ40を作製するには、たと
えば、厚さ0.5μmのシリコン(100)基板41上
に、厚さ0.15μmのSi34膜をCVD法により成
膜する。このとき使用する原料ガスはSiH2Cl2:N
3(1:9) であり、また、基板温度は800℃とす
る。続いて、フォトリソグラフィーおよびCF4 ドライ
エッチングによりSi34膜を所望の形状にパターニン
グして、第1のSiNx層42を形成する。続いて、厚
さ0.01μmのCr膜および厚さ0.09μmのAu
膜を成膜したのち、フォトリソグラフィーおよびウェッ
トエッチングによりCr膜およびAu膜を所望の形状に
パターニングして、第1の駆動用電極43を形成する。
続いて、厚さ0.3μmのAlN膜(圧電体薄膜)をス
パッタ法により成膜する。このとき、ターゲットとして
はAlを用い、Ar+N2 雰囲気中でスパッタする。続
いて、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によりAlN膜を所望の形状にパ
ターニングして、第1の圧電体薄膜44を形成する。
In order to manufacture the elastic probe 40, for example, a Si 3 N 4 film having a thickness of 0.15 μm is formed on a silicon (100) substrate 41 having a thickness of 0.5 μm by the CVD method. The source gas used at this time is SiH 2 Cl 2 : N
H 3 (1: 9) and the substrate temperature is 800 ° C. Then, the Si 3 N 4 film is patterned into a desired shape by photolithography and CF 4 dry etching to form a first SiNx layer 42. Then, a 0.01 μm thick Cr film and a 0.09 μm thick Au film are formed.
After forming the film, the Cr film and the Au film are patterned into a desired shape by photolithography and wet etching to form the first driving electrode 43.
Then, an AlN film (piezoelectric thin film) having a thickness of 0.3 μm is formed by a sputtering method. At this time, Al is used as a target and sputtering is performed in an Ar + N 2 atmosphere. Subsequently, the AlN film is patterned into a desired shape by photolithography and wet etching with an Al etchant to form a first piezoelectric thin film 44.

【0028】その後、上記工程と同様にして、第2の駆
動用電極45,第2の圧電体薄膜46および第3の駆動
用電極47を順次形成することにより、シリコン基板−
Au/Cr−AlN−Au/Cr−AlN−Au/Cr
のバイモルフ構造を形成する。続いて、保護層として、
厚さ0.15μmのアモルファスSiNをCVD法によ
り成膜して、第2のSiNx層48を形成する。続い
て、タングステン(W)からなる導電性ティップ49を
蒸着法により形成したのち、KOHによるシリコンの異
方性エッチングを用いてSi34膜がついていない部分
を除去して、カンチレバーを作製する。最後に、導電性
ティップ49をPtコーティングする。
Thereafter, in the same manner as in the above step, the second drive electrode 45, the second piezoelectric thin film 46 and the third drive electrode 47 are sequentially formed to form the silicon substrate.
Au / Cr-AlN-Au / Cr-AlN-Au / Cr
Form the bimorph structure of. Then, as a protective layer,
A second SiNx layer 48 is formed by depositing amorphous SiN having a thickness of 0.15 μm by the CVD method. Subsequently, a conductive tip 49 made of tungsten (W) is formed by a vapor deposition method, and then a portion without a Si 3 N 4 film is removed by anisotropic etching of silicon by KOH to manufacture a cantilever. . Finally, the conductive tip 49 is Pt coated.

【0029】以上のようにして作製した一本のカンチレ
バーの寸法は、長さ500μm×幅100μmであり、
図1図示Z軸方向の共振周波数は2.3kHzであり、
1V印加時のバイモルフの平均変位量は1.5μmであ
る。また、フリーな状態で圧電バイモルフのZ軸方向の
たわみの弾性定数kP は、以下の式を用いて、kP
0.01N/mと算出される。
The size of one cantilever manufactured as described above is 500 μm in length × 100 μm in width,
The resonance frequency in the Z-axis direction shown in FIG. 1 is 2.3 kHz,
The average amount of displacement of the bimorph when 1 V is applied is 1.5 μm. Further, in the free state, the elastic constant k P of the deflection of the piezoelectric bimorph in the Z-axis direction is k P
It is calculated as 0.01 N / m.

【0030】kP =b×t3/4×L3×E (1) ただし、E=カンチレバーのヤング率 b=カンチレバーの密度 t=カンチレバーの膜厚 L=カンチレバーの長さ さらに、導電性ティップ49の先端の曲率半径を約0.
1μmとし、被覆層が有機材料であると仮定し、そのヤ
ング率が約10-9N/m2 とすると、この被覆層の凹に
対する弾性定数kS ≒1N/mと見積もられた。
[0030] k P = b × t 3/ 4 × L 3 × E (1) However, E = cantilever Young's modulus b = cantilever density t = cantilever thickness L = length of the cantilever Furthermore, conductive tip 49 has a radius of curvature of about 0.
Assuming that the coating layer is 1 μm and the coating layer is an organic material, and the Young's modulus thereof is about 10 −9 N / m 2 , the elastic constant k S ≈1 N / m for the recess of the coating layer was estimated.

【0031】(3)電流電圧変換回路21,対数変換回
路22,Zサーボ回路23,増幅器24およびFBルー
プゲイン設定回路26 電流電圧変換回路21,対数変換回路22,Zサーボ回
路23,増幅器24およびFBループゲイン設定回路2
6は、試料観察時に、弾性体プローブ40と観察試料1
との間の距離が一定となるようにサーボをかけるための
ものである。すなわち、弾性体プローブ40により検出
されたトンネル電流Jt は、電流電圧変換回路21で変
換電圧Vt に変換されたのち、対数変換回路22を介し
てZサーボ回路23に入力される。Zサーボ回路23で
は、対数変換回路22の出力信号(対数電圧Log
(Vt)) とFBループゲイン設定回路26の出力信号で
あるゲインパラメータPG とに基づいて、弾性体プロー
ブ40と観察試料1との間の距離が一定になるように弾
性体プローブ40を駆動制御する距離制御信号SL が作
成される。距離制御信号SL は増幅器24で増幅された
のち、弾性体プローブ40に入力される。その結果、弾
性体プローブ40がバイモルフ駆動されることにより、
弾性体プローブ40と観察試料1との間の距離が一定に
保たれる。なお、積層型圧電素子などからなるZ微動機
構25は、弾性体プローブ40を大きくZ軸方向に移動
する際に用いられる。
(3) Current / voltage conversion circuit 21, logarithmic conversion circuit 22, Z servo circuit 23, amplifier 24 and FB loop gain setting circuit 26 Current / voltage conversion circuit 21, logarithmic conversion circuit 22, Z servo circuit 23, amplifier 24 and FB loop gain setting circuit 2
Reference numeral 6 denotes the elastic probe 40 and the observation sample 1 when observing the sample.
This is to apply a servo so that the distance between and becomes constant. That is, the tunnel current J t detected by the elastic body probe 40 is converted into the converted voltage V t by the current-voltage conversion circuit 21, and then input to the Z servo circuit 23 via the logarithmic conversion circuit 22. In the Z servo circuit 23, the output signal of the logarithmic conversion circuit 22 (logarithmic voltage Log
(V t )) and the gain parameter P G which is the output signal of the FB loop gain setting circuit 26, the elastic probe 40 is set so that the distance between the elastic probe 40 and the observation sample 1 becomes constant. A distance control signal S L for drive control is created. The distance control signal S L is amplified by the amplifier 24 and then input to the elastic body probe 40. As a result, when the elastic body probe 40 is bimorph-driven,
The distance between the elastic body probe 40 and the observation sample 1 is kept constant. The Z fine movement mechanism 25 including a laminated piezoelectric element is used when the elastic body probe 40 is largely moved in the Z axis direction.

【0032】ここで、Zサーボ回路23は、図3に示す
ように、対数電圧Log(Vt) がプラス入力端子に入力
されるとともに予め定められた距離設定値Z0 がマイナ
ス入力端子に入力される減算器101 と、減算器101 の出
力信号であるエラー信号eが入力端子に入力されるとと
もにゲインパラメータPG が制御端子に入力される可変
ゲインアンプ102 と、可変ゲインアンプ102 の出力信号
が入力されるカットオフ周波数fC のローパスフィルタ
103 と、ローパスフィルタ103 の出力信号である距離制
御信号SL およびゲインパラメータPG がそれぞれ入力
される補正回路104 とを含む。なお、補正回路104 の出
力信号は、補正距離制御信号Sとしてスイッチ回路31
に出力される(図1参照)。
Here, in the Z servo circuit 23, as shown in FIG. 3, the logarithmic voltage Log (V t ) is input to the plus input terminal and the predetermined distance set value Z 0 is input to the minus input terminal. Output signal of the variable gain amplifier 102 and the variable gain amplifier 102 in which the error signal e which is the output signal of the subtractor 101 is input to the input terminal and the gain parameter P G is input to the control terminal. Low-pass filter with cut-off frequency f C
103 and a correction circuit 104 to which the distance control signal S L which is the output signal of the low-pass filter 103 and the gain parameter P G are respectively input. The output signal of the correction circuit 104 is used as the correction distance control signal S in the switch circuit 31.
(See FIG. 1).

【0033】対数変換回路22から減算器101 のプラス
入力端子に入力される対数電圧Log(Vt) の大きさ
は、導電性ティップ49と観察試料1との間の距離に比
例するため(ティップと試料間の電流がトンネル電流の
場合)、Zサーボ回路23は、対数電圧Log(Vt) の
大きさを一定とするように、距離制御信号SL を出力す
る。このため、Zサーボ回路23では、減算器101 にお
いて対数電圧Log(Vt) と距離設定値Z0 との減算が
行われることにより、エラー信号eが作成される。続い
て、エラー信号eは、可変ゲインアンプ102 において、
FBループゲイン設定回路26から可変ゲインアンプ10
2 に送られてくるゲインパラメータPG に応じた増幅率
で、増幅される。可変ゲインアンプ102 で増幅されたエ
ラー信号eは、ローパスフィルタ103 を透過することに
より、高周波成分が除去されたのち、距離制御信号SL
として増幅器24(図1参照)に出力される。また、ロ
ーパスフィルタ103 から出力される距離制御信号SL
は、補正回路104 で、FBループゲイン設定回路26か
ら補正回路104 に送られてくるゲインパラメータPG
応じて補正されることにより、補正距離制御信号Sとし
てスイッチ回路31に出力される。なお、補正距離制御
信号Sは、観察試料1の表面の凹凸を表すトポ信号とし
て、ディスプレイ32に出力される。
The magnitude of the logarithmic voltage Log (V t ) input from the logarithmic conversion circuit 22 to the plus input terminal of the subtractor 101 is proportional to the distance between the conductive tip 49 and the observation sample 1 (tip And the current between the samples is a tunnel current), the Z servo circuit 23 outputs the distance control signal S L so that the magnitude of the logarithmic voltage Log (V t ) becomes constant. Therefore, in the Z servo circuit 23, the subtractor 101 subtracts the logarithmic voltage Log (V t ) from the distance setting value Z 0 to generate the error signal e. Then, the error signal e is
From the FB loop gain setting circuit 26 to the variable gain amplifier 10
Amplification is carried out at an amplification factor according to the gain parameter P G sent to the unit 2. The error signal e amplified by the variable gain amplifier 102 passes through the low-pass filter 103 to remove high frequency components, and then the distance control signal S L
Is output to the amplifier 24 (see FIG. 1). Further, the distance control signal S L output from the low pass filter 103
Is corrected by the correction circuit 104 according to the gain parameter P G sent from the FB loop gain setting circuit 26 to the correction circuit 104, and is output to the switch circuit 31 as a correction distance control signal S. The corrected distance control signal S is output to the display 32 as a topo signal representing the surface irregularities of the observation sample 1.

【0034】FBループゲイン設定回路26の説明を行
うために、弾性体プローブ40の導電性ティップ49の
先端と観察試料1との間に吸着力が働くことにより生ず
る両者の接触状態について、図4(A)〜(C)をそれ
ぞれ参照して説明する。図4(A)は、導電性ティップ
49と観察試料1とが吸着力によって接触した状態を示
す図である。大気中などでSTM観察を行う場合には、
観察試料1の表面(または導電性ティップ49の先端)
は、ごく薄い絶縁性の被覆層201 で覆われていることが
多い。したがって、導電性ティップ49は、被覆層201
を介して観察試料1の表面からのトンネル電流を検出す
る。このとき、導電性ティップ49の先端と被覆層201
との間には、接触による斥力が作用する。この斥力によ
り、弾性体プローブ40には、たわみの弾性変形が生
じ、また、被覆層201 には、凹の弾性変形が生じる。図
4(B)は、接触の初期状態において、導電性ティップ
49の先端が観察試料1の表面の被覆層201 に接触した
ときの弾性体プローブ40の根元の位置,導電性ティッ
プ49の先端の位置および観察試料1の表面の位置関係
を表すモデルを示す図である。ここで、弾性体プローブ
40の根元とは、弾性体プローブ40がZ微動機構25
に接合されている部分をいう。同図に示すように、弾性
体プローブ40の根元,導電性ティップ49の先端およ
び観察試料1の表面は、弾性体プローブ40のたわみに
関する弾性体と被覆層201 のたわみに関する弾性体とが
相互に連結された状態になる。ここで、弾性体プローブ
40のたわみの弾性定数を“kP ”とし、被覆層201 の
弾性定数を“kS ”とする。この状態から、弾性体プロ
ーブ40を“ΔZd ”だけ観察試料1の表面に近づける
ように駆動したとき、導電性ティップ49の先端が“Δ
S ”だけ変位したとする(図4(C)参照)。このと
きの導電性ティップ49の先端の力の釣合いを考える
と、 kP ×(ΔZd−ΔZS)=kS ×ΔZS (2) が成り立つ。上記(2)式を変形すると、 ΔZS=kP ×ΔZd/(kP +kS ) (3) が成り立つ。上記(3)式より、弾性体プローブ40を
駆動したときの導電性ティップ49の先端の実際の変位
量は、弾性体プローブ40の駆動量に比べて、k P
(kP +kS )だけ減少することになる。たとえば、弾
性体プローブ40の弾性定数kP を約0.01N/mと
し、被覆層210 の弾性定数kS を約1N/mとすると、
導電性ティップ49の先端の変位減少量は、約1/10
0程度となる。
The FB loop gain setting circuit 26 will be described.
Of the conductive tip 49 of the elastic probe 40.
Not generated due to the attraction force acting between the tip and the observation sample 1.
Fig. 4 (A) to (C) for the contact state of both
Explanations will be given with reference to each. FIG. 4A shows a conductive tip.
49 shows the state in which the observation sample 1 and the observation sample 1 are in contact with each other by the attraction force.
It is a figure. When performing STM observation in the atmosphere,
Surface of observation sample 1 (or tip of conductive tip 49)
Must be covered with a very thin insulating cover layer 201.
Many. Therefore, the conductive tip 49 has the coating layer 201.
The tunnel current from the surface of the observation sample 1 is detected via the
It At this time, the tip of the conductive tip 49 and the coating layer 201
A repulsive force due to contact acts between and. With this repulsive force
Therefore, elastic deformation of the elastic body probe 40 is generated.
In addition, concave elastic deformation occurs in the coating layer 201. Figure
4 (B) is a conductive tip in the initial state of contact.
The tip of 49 came into contact with the coating layer 201 on the surface of the observation sample 1.
At the time, the position of the base of the elastic probe 40, the conductive tip
Position of tip of tip 49 and surface of observation sample 1
It is a figure which shows the model showing. Where the elastic probe
The root of 40 means that the elastic probe 40 is the Z fine movement mechanism 25.
The part that is joined to. As shown in the figure, elasticity
The base of the body probe 40, the tip of the conductive tip 49, and
The surface of the observation sample 1 is bent by the elastic probe 40.
The elastic body related to the deflection of the covering layer 201
It will be in a state of being connected to each other. Where the elastic probe
The elastic constant of the flexure of 40 is represented by "kP And the coating layer 201
The elastic constant is “kS From this state, the elastic body
Move the valve 40 to “ΔZd "Only close to the surface of observation sample 1
The tip of the conductive tip 49 is “Δ
ZS It is assumed that it has been displaced only by "(see Fig. 4C).
Consider the force balance of the tip of the mushroom conductive tip 49.
And kP × (ΔZd-ΔZS) = KS × ΔZS (2) holds. If the above equation (2) is modified, ΔZS= KP × ΔZd/ (KP + KS ) (3) holds. From the above formula (3), the elastic body probe 40
Actual displacement of the tip of the conductive tip 49 when driven
The amount is k compared to the driving amount of the elastic body probe 40. P /
(KP + KS ) Will only decrease. For example, bullet
Elastic constant k of the sex probe 40P Is about 0.01 N / m
And the elastic constant k of the coating layer 210S Is about 1 N / m,
The displacement reduction amount of the tip of the conductive tip 49 is about 1/10.
It will be about 0.

【0035】このように、導電性ティップ49の先端が
接触した状態では、導電性ティップ49の先端の変位が
大きく減少することがわかったが、このことが弾性体プ
ローブ40の位置制御に及ぼす影響について、図5
(A),(B)および図6をそれぞれ参照して、詳しく
説明する。
As described above, it was found that the displacement of the tip of the conductive tip 49 is greatly reduced when the tip of the conductive tip 49 is in contact with the tip. However, this influences the position control of the elastic probe 40. About Figure 5
This will be described in detail with reference to (A), (B) and FIG. 6, respectively.

【0036】図5(A)は、弾性体プローブ40の図1
図示Z軸方向の位置制御を行う際に通常用いられる制御
系を示すブロック図である。この制御系は、導電性ティ
ップ49の先端の変位Zからトンネル電流Jt の変化を
検出する導電性ティップ49に相当する第1のブロック
301 と、トンネル電流Jt から変位Zに対し線形信号の
エラー信号eを求める電流電圧変換回路21,対数変換
回路22およびZサーボ回路23の減算器101 に相当す
る第2のブロック302 と、エラー信号eから弾性体プロ
ーブ40への印加電圧Vを求めるZサーボ回路23の可
変ゲインアンプ102 乃至増幅器24に相当する第3のブ
ロック303 と、弾性体プローブ40への印加電圧V対変
位Zの変換特性を示す第4のブロック304 とで表され
る。なお、図中、“A”,“B”および“G1 ”は定数
を示し、“G2(s)”は、Zサーボ回路23の可変ゲイ
ンアンプ102 から増幅器24の伝達特性を示し、“G
3(s)”は、弾性体プローブ40の印加電圧Vから変位
Zへの変換の伝達特性を示す。一方、導電性ティップ4
9の先端が接触し、前述したように導電性ティップ49
の先端の変位が減少した場合の制御系は、図5(B)に
示すように、第4のブロック304 と第1のブロック301
との間に、導電性ティップ49の先端の変位の減少に相
当する第5のブロック305 が付加されたものとなる。こ
こで、第5のブロック305 は、利得がkP /(kP
S)のアッテネータとして機能する。なお、図中、
“Z’”は導電性ティップ49の変位量を示す。図5
(A)で示される制御系と図5(B)で示される制御系
との違いが制御性能に与える影響について、図6に示す
制御系開ループ利得特性の周波数特性を参照して、以下
詳細に説明する。なお、圧電体プローブ40の印加電圧
−変位変換特性のカットオフ周波数は十分高いものと
し、また、圧電体プローブ40の共振周波数のQ値は小
さいものとする。
FIG. 5A shows the elastic probe 40 of FIG.
It is a block diagram showing a control system usually used when performing position control in the illustrated Z-axis direction. This control system is a first block corresponding to the conductive tip 49 that detects a change in the tunnel current J t from the displacement Z of the tip of the conductive tip 49.
301, a second block 302 corresponding to the subtractor 101 of the current-voltage conversion circuit 21, the logarithmic conversion circuit 22, and the Z servo circuit 23 for obtaining an error signal e of a linear signal with respect to the displacement Z from the tunnel current J t ; A third block 303 corresponding to the variable gain amplifiers 102 to 24 of the Z servo circuit 23 for obtaining the applied voltage V to the elastic body probe 40 from the signal e, and the conversion of the applied voltage V to the elastic body probe 40 to the displacement Z. And a fourth block 304 showing the characteristics. In the figure, “A”, “B” and “G 1 ” represent constants, “G 2 (s)” represents the transfer characteristic of the variable gain amplifier 102 of the Z servo circuit 23 to the amplifier 24, and G
3 (s) ”indicates the transfer characteristic of conversion from the applied voltage V of the elastic probe 40 to the displacement Z. On the other hand, the conductive tip 4
The tip of 9 comes into contact with the conductive tip 49 as described above.
As shown in FIG. 5B, the control system in the case where the displacement of the tip of the is decreased is the fourth block 304 and the first block 301.
And a fifth block 305 corresponding to the reduction of the displacement of the tip of the conductive tip 49 is added between and. Here, the fifth block 305 has a gain of k P / (k P +
k S ) as an attenuator. In the figure,
“Z ′” indicates the amount of displacement of the conductive tip 49. Figure 5
The influence of the difference between the control system shown in (A) and the control system shown in FIG. 5 (B) on the control performance will be described in detail below with reference to the frequency characteristic of the control system open loop gain characteristic shown in FIG. Explained. The cutoff frequency of the applied voltage-displacement conversion characteristic of the piezoelectric probe 40 is sufficiently high, and the Q value of the resonance frequency of the piezoelectric probe 40 is small.

【0037】図5(A)で示される制御系の開ループ利
得特性は、図6に実線で示すものとなる。ここで、“f
C ”はZサーボ回路23のローパスフィルタ103 (図3
参照)のカットオフ周波数であり、ローパスフィルタ10
3 が一次の減衰特性をもつときには、周波数がカットオ
フ周波数fC よりも大きくなると、開ループ利得は−2
0dB/decの割合で減衰していく。このとき、Z軸
方向のサーボの応答周波数は、開ループ利得が0dBと
交差する周波数f1 となる。一方、図5(B)で示され
る制御系の開ループ利得特性は、図6に破線で示すよう
に、図5(A)で示される制御系の開ループ利得特性に
比べて、全周波数にわたって、利得が“kP /(kP
S)”だけ小さくなる。この場合のZ軸方向のサーボ
の応答周波数は、周波数f2 となり、周波数f1 に比べ
て“kP /(kP+kS)”だけ小さくなる。したがっ
て、たとえば、弾性体プローブ40がフリーの状態のと
きのZサーボの応答周波数が1kHzになるように開ル
ープ利得を設計しても、被覆層201 の弾性定数kS が約
1N/mであり、弾性体プローブ40の弾性定数kP
約0.01N/mであるようなサーボ系では、サーボの
応答は10Hz程度しか得られないことになる。
The open loop gain characteristic of the control system shown in FIG. 5A is shown by the solid line in FIG. Where "f
C ”is the low-pass filter 103 (FIG. 3) of the Z servo circuit 23.
Cut-off frequency of low-pass filter 10
When 3 has a first-order damping characteristic, the open loop gain is -2 when the frequency becomes higher than the cutoff frequency f C.
It attenuates at a rate of 0 dB / dec. At this time, the servo response frequency in the Z-axis direction is the frequency f 1 at which the open loop gain crosses 0 dB. On the other hand, the open loop gain characteristic of the control system shown in FIG. 5 (B) is over the entire frequency range as shown by the broken line in FIG. 6 compared to the open loop gain characteristic of the control system shown in FIG. 5 (A). , The gain is “k P / (k P +
k S ) ”. In this case, the servo response frequency in the Z-axis direction is frequency f 2 , which is smaller than frequency f 1 by“ k P / (k P + k S ) ”. Even if the open loop gain is designed so that the response frequency of the Z servo when the elastic body probe 40 is in the free state is 1 kHz, the elastic constant k S of the coating layer 201 is about 1 N / m, In the servo system in which the elastic constant k P of the probe 40 is about 0.01 N / m, the response of the servo is only about 10 Hz.

【0038】そこで、FBループゲイン設定回路26
(図1参照)では、弾性体プローブ40の弾性定数kP
と被覆層201 の弾性定数kS との値から、導電性ティッ
プ49の先端の接触時の変位減少量を見積もり、これを
補償するように、ゲインパラメータPG が決定される。
決定されたゲインパラメータPG に基づいてZサーボ回
路23の可変ゲインアンプ102 (図3参照)の利得が決
定される。これにより、制御系の開ループゲインが補償
される。また、Zサーボ回路23の可補正回路104 で
は、ゲインパラメータPG に基づいて、ローパスフィル
タ103 から出力される距離制御信号SL が補正されるこ
とにより、実際の導電性ティップ49の先端の変位量を
示す補正距離制御信号Sが作成される。
Therefore, the FB loop gain setting circuit 26
(See FIG. 1), the elastic constant k P of the elastic probe 40 is
And the elastic constant k S of the coating layer 201, the amount of displacement reduction at the time of contact of the tip of the conductive tip 49 is estimated, and the gain parameter P G is determined so as to compensate for this.
The gain of the variable gain amplifier 102 (see FIG. 3) of the Z servo circuit 23 is determined based on the determined gain parameter P G. Thereby, the open loop gain of the control system is compensated. Further, the correctable circuit 104 of the Z servo circuit 23 corrects the distance control signal S L output from the low-pass filter 103 on the basis of the gain parameter P G , so that the actual tip displacement of the conductive tip 49 is displaced. A corrected distance control signal S indicating the quantity is created.

【0039】(4)制御回路30,スイッチ回路31お
よびディスプレイ32 図1に示した制御回路30は、XY微動駆動回路12,
バイアス回路13およびZ微動機構25をそれぞれ制御
するとともに、観察試料1の表面観察時に電流電圧変換
回路21から送られてくる変換電圧Vt を処理してトン
ネル電流像を作成するためのものである。スイッチ回路
31は、制御回路30の出力信号とZサーボ回路23で
作成された補正距離制御信号Sとを切り換えるためのも
のである。ディスプレイ32は、スイッチ回路31から
送られてくる制御回路30の出力信号および補正距離制
御信号Sにより、観察試料1のトンネル電流像およびト
ポ像を表示するためのものである。
(4) Control Circuit 30, Switch Circuit 31, and Display 32 The control circuit 30 shown in FIG.
The bias circuit 13 and the Z fine movement mechanism 25 are respectively controlled, and the conversion voltage V t sent from the current-voltage conversion circuit 21 is processed when the surface of the observation sample 1 is observed to create a tunnel current image. . The switch circuit 31 is for switching between the output signal of the control circuit 30 and the corrected distance control signal S generated by the Z servo circuit 23. The display 32 is for displaying the tunnel current image and the topo image of the observation sample 1 by the output signal of the control circuit 30 and the corrected distance control signal S sent from the switch circuit 31.

【0040】次に、走査型トンネル顕微鏡10の動作に
ついて、簡単に説明する。
Next, the operation of the scanning tunneling microscope 10 will be briefly described.

【0041】表面観察時には、所定のバイアス電圧が導
電性ティップ49と観察試料1との間にバイアス回路1
3から印加された状態で、Z微動機構25が駆動される
ことにより、導電性ティップ49と観察試料1との間に
所定の値のトンネル電流Jtが流れる程度にまで、弾性
体プローブ40が観察試料1に近づけられたのち、両者
間の距離が一定となるように、弾性体プローブ40がサ
ーボ制御される。この状態で、XY微動駆動回路12に
よってXY微動駆動機構11が駆動されることにより、
導電性ティップ49が観察試料1の表面上を二次元走査
される。このとき、観察試料1の表面の微小な凹凸によ
って値が変化するトンネル電流Jt が、導電性ティップ
49により検出される。検出されたトンネル電流Jt
は、電流電圧変換回路21で変換電圧Vt に変換された
のち、制御回路30に取り込まれる。制御回路30で、
変換電圧Vt が、導電性ティップ49を観察試料1の表
面上を二次元走査させるXY走査信号に同期して処理さ
れることにより、トンネル電流像が作成される。トンネ
ル電流像は、スイッチ回路31を介してディスプレイ3
2に表示される。なお、観察場所を変えるときには、X
Y粗動機構(図1には不図示)により観察試料1を図示
X軸方向およびY軸方向にそれぞれ移動させて、所望の
観察領域に導電性ティップ49を移動したのち、同様に
して、観察が行われる。
At the time of observing the surface, a predetermined bias voltage is applied between the conductive tip 49 and the observation sample 1 by the bias circuit 1.
When the Z fine movement mechanism 25 is driven in the state of being applied from No. 3, the elastic body probe 40 is moved to such an extent that the tunnel current J t of a predetermined value flows between the conductive tip 49 and the observation sample 1. After being brought close to the observation sample 1, the elastic body probe 40 is servo-controlled so that the distance between the two becomes constant. In this state, the XY fine movement drive circuit 12 drives the XY fine movement drive mechanism 11,
The conductive tip 49 is two-dimensionally scanned on the surface of the observation sample 1. At this time, the tunnel current J t whose value changes due to minute irregularities on the surface of the observation sample 1 is detected by the conductive tip 49. Detected tunnel current J t
Is converted into a converted voltage V t by the current-voltage conversion circuit 21 and then taken into the control circuit 30. With the control circuit 30,
A tunnel current image is created by processing the conversion voltage V t in synchronization with an XY scanning signal that causes the conductive tip 49 to two-dimensionally scan the surface of the observation sample 1. The tunnel current image is displayed on the display 3 via the switch circuit 31.
It is displayed in 2. In addition, when changing the observation place, X
The observation sample 1 is moved in the illustrated X-axis direction and Y-axis direction by a Y coarse movement mechanism (not shown in FIG. 1) to move the conductive tip 49 to a desired observation region, and then the observation is similarly performed. Is done.

【0042】観察の際、FBループゲイン設定回路26
において、接触時の変位減少量を0.01と見積もっ
て、この減少量を補正するように、通常のフィードバッ
クループゲインよりも100倍高い利得をもつように可
変ゲインアンプ102 のゲインを設定し、弾性体プローブ
40の図示Z軸方向の位置制御を行った。このとき、図
示Z軸方向の位置制御は、アクチュエータ性能限界に近
い約1kHz程度まで追従していることが、閉ループ利
得応答からわかった。この状態で、導電性ティップ49
と観察試料1との間にバイアス回路13から1Vのバイ
アス電圧を印加したままZ微動機構25を駆動し、導電
性ティップ49と観察試料1との間に1nAのトンネル
電流Jt が流れる程度にまで導電性ティップ49を観察
試料1に近づけたのち、両者間の距離が一定となるよう
に、弾性体プローブ40をZサーボ回路23で制御し
た。この状態で、XY微動駆動回路12によりXY微動
駆動機構11を駆動して、観察試料1の表面観察を行っ
た。このとき、主走査方向の周波数を100Hz程度と
し、導電性ティップ49の走査を高速で行っても、観察
試料1の表面の微小な凹凸に対応した補正距離制御信号
Sが作成でき、安定した走査型トンネル顕微鏡像(ST
M像)をディスプレイ32に表示することができた。
During observation, the FB loop gain setting circuit 26
In, the displacement reduction amount at the time of contact is estimated to be 0.01, and the gain of the variable gain amplifier 102 is set so as to have a gain 100 times higher than the normal feedback loop gain so as to correct this reduction amount. The position control of the elastic body probe 40 in the illustrated Z-axis direction was performed. At this time, it was found from the closed loop gain response that the position control in the Z-axis direction in the figure follows up to about 1 kHz, which is close to the actuator performance limit. In this state, the conductive tip 49
While the bias voltage of 1 V is applied from the bias circuit 13 to the observation sample 1, the Z fine movement mechanism 25 is driven so that a tunnel current J t of 1 nA flows between the conductive tip 49 and the observation sample 1. After bringing the conductive tip 49 close to the observation sample 1, the elastic probe 40 was controlled by the Z servo circuit 23 so that the distance between them was constant. In this state, the XY fine movement drive circuit 12 drives the XY fine movement drive mechanism 11 to observe the surface of the observation sample 1. At this time, even if the frequency in the main scanning direction is set to about 100 Hz and the scanning of the conductive tip 49 is performed at high speed, the correction distance control signal S corresponding to the minute irregularities on the surface of the observation sample 1 can be created, and stable scanning is performed. Type tunnel microscope image (ST
M image) could be displayed on the display 32.

【0043】なお、本実施例の走査型トンネル顕微鏡1
0では、弾性体プローブ40を薄膜の圧電アクチュエー
タのバイモルフ構成にしたが、弾性体プローブ40は、
アクチュエータでなく、電流検出型のマイクロ電流プロ
ーブとして、このマイクロ電流プローブを積層型圧電素
子のような微動駆動素子に取り付けて、Z軸方向の制御
を行ってもよい。
The scanning tunneling microscope 1 of this embodiment is used.
In No. 0, the elastic body probe 40 has a bimorph structure of a thin film piezoelectric actuator.
Instead of an actuator, as a current detection type micro current probe, this micro current probe may be attached to a fine movement driving element such as a laminated piezoelectric element to control in the Z-axis direction.

【0044】次に、本発明の記録再生装置の第1の実施
例について、図7を参照して、説明する。
Next, a first embodiment of the recording / reproducing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

【0045】記録再生装置600 は、構造体611 と、記録
媒体601 が載置される基台612 と、Zアクチュエータ61
3 と、4×4本のプローブ61411〜61444を有するマルチ
プローブヘッド614 と、XYアクチュエータ615 と、プ
ローブヘッド制御回路616 と、Zサーボ回路617 と、F
Bループゲイン設定回路618 と、カンチレバー駆動回路
619 と、傾き補正回路620 と、電圧印加回路621 と、走
査回路622 と、トラッキング制御回路623 と、加算回路
624 と、符号器625 と、復号器626 とを含む。次に、記
録再生装置600 の各構成要素について、詳しく説明す
る。
The recording / reproducing apparatus 600 comprises a structure 611, a base 612 on which a recording medium 601 is placed, and a Z actuator 61.
3, a multi-probe head 614 having 4 × 4 probes 614 11 to 614 44 , an XY actuator 615, a probe head control circuit 616, a Z servo circuit 617, and F
B loop gain setting circuit 618 and cantilever drive circuit
619, inclination correction circuit 620, voltage application circuit 621, scanning circuit 622, tracking control circuit 623, and addition circuit
624, includes an encoder 625 and a decoder 626. Next, each component of the recording / reproducing apparatus 600 will be described in detail.

【0046】(1)構造体611 ,基台612 およびZアク
チュエータ613 構造体611 は、密閉された内部空間を有するものであ
る。記録媒体601 が載置される基台612 は、Zアクチュ
エータ613 を介して構造体611 内部の底面に取り付けら
れており、Zアクチュエータ613 により図示Z軸方向,
図示α回転方向およびβ回転方向にそれぞれ移動させら
れる。なお、記録媒体601 の表面には、幅200nmお
よび深さ30nmの凹溝が図示X軸方向に2μmピッチ
で図示Y軸方向に長さ100μmにわたって半導体プロ
セスなどの微細加工によって刻まれることにより、4×
4組の短冊状の、各プローブ1411〜1444の位置制御
用のトラッキングパターン602 が形成されている。ま
た、記録媒体601 は、ガラスや雲母などの平坦な基板
と、この基板上に成長された金のエピタキシャル成長面
からなる、各トラッキングパターン602 が形成された基
板電極と、この基板電極上に形成された、スクアリウム
−ビス−6−オクチルアズレン(以下、「SOAZ」と
称する。)の単分子膜二層の累積膜とからなる。ここ
で、SOAZは、電圧電流のスイッチング特性に対して
メモリ効果をもつ材料であり、公知のラングミュア・プ
ロジェット法により形成することができる。
(1) The structure 611, the base 612, and the Z actuator 613 structure 611 have a sealed internal space. A base 612 on which the recording medium 601 is mounted is attached to the bottom surface inside the structure 611 via a Z actuator 613, and the Z actuator 613 moves the Z axis direction in the drawing.
It is moved in the α rotation direction and the β rotation direction respectively in the figure. It should be noted that the surface of the recording medium 601 is formed with concave grooves having a width of 200 nm and a depth of 30 nm at a pitch of 2 μm in the X-axis direction shown in the figure along with a length of 100 μm in the Y-axis direction shown by fine processing such as a semiconductor process. ×
4 sets of strip-shaped, tracking pattern 602 is formed for the position control of each probe 14 11-14 44. Further, the recording medium 601 is formed on a flat substrate such as glass or mica, a substrate electrode formed of an epitaxial growth surface of gold grown on this substrate, on which each tracking pattern 602 is formed, and on this substrate electrode. In addition, it is composed of a monolayer bilayer cumulative film of squarylium-bis-6-octylazulene (hereinafter referred to as "SOAZ"). Here, SOAZ is a material having a memory effect on the switching characteristics of voltage and current, and can be formed by a known Langmuir-Projet method.

【0047】(2)マルチプローブヘッド614 およびX
Yアクチュエータ615 マルチプローブヘッド614 は、4×4本のプローブ614
11〜61444を有するものである。ここで、各プローブ614
11〜61444は、図8に示すように、記録媒体601の表面に
形成された各トラッキングパターン602 と互いに対向す
る位置に、同図図示X軸方向に1mmのピッチ(W1
1mm)および図示Y軸方向に200μmのピッチ(L
1 =200μm)で形成されている。マルチプローブヘ
ッド614は、記録媒体601 の表面と近接かつ互いに対向
して、XYアクチュエータ615 を介して構造体611 内部
の上面に取り付けられており、XYアクチュエータ615
により図1図示X軸方向およびY軸方向にそれぞれ移動
される。なお、各プローブ61411〜61444は、図2に示し
た弾性体プローブ40と同様に作成された、ZnO,A
lNなどの圧電体薄膜および金属膜の薄膜を積層したカ
ンチレバー型アクチュエータを含むものである。
(2) Multi-probe head 614 and X
Y Actuator 615 Multi-probe head 614 is a 4 × 4 probe 614.
And has a 11 to 614 44. Where each probe 614
As shown in FIG. 8, 11 to 61 44 are arranged at positions facing each tracking pattern 602 formed on the surface of the recording medium 601, at a pitch of 1 mm (W 1 = W 1 =
1 mm) and a pitch of 200 μm (L
1 = 200 μm). The multi-probe head 614 is attached to the upper surface inside the structure 611 via the XY actuator 615 so as to be close to the surface of the recording medium 601 and face each other.
Are moved in the X-axis direction and the Y-axis direction shown in FIG. Each of the probes 614 11 to 614 44 was made in the same manner as the elastic probe 40 shown in FIG.
It includes a cantilever type actuator in which a piezoelectric thin film such as 1N and a metal thin film are laminated.

【0048】(3)プローブヘッド制御回路616 プローブヘッド制御回路616 は、各プローブ61411〜614
44からそれぞれ出力される各トンネル電流信号Jt11
t44を受け取って、各トンネル電流信号Jt11〜Jt44
をZサーボ回路617 および復号器626 に出力する。
(3) Probe head control circuit 616 The probe head control circuit 616 is arranged so that each of the probes 614 11 to 614.
Each tunnel current signal J t11 output from 44
Receive J t44, the tunnel current signal J t11 through J t44
Is output to the Z servo circuit 617 and the decoder 626.

【0049】(4)Zサーボ回路617 ,FBループゲイ
ン設定回路618 ,カンチレバー駆動回路619 および傾き
補正回路620 Zサーボ回路617 は、制御回路616 から入力される各ト
ンネル電流信号Jt11〜Jt44の値が所定の値となるよう
に各プローブ61411〜61444と記録媒体601 の表面との間
の距離をそれぞれ変化させるZ方向駆動信号A11〜A44
を作成し、作成したZ方向駆動信号A11〜A44をカンチ
レバー駆動回路619 および傾き補正回路620 にそれぞれ
出力する。カンチレバー駆動回路619 は、Zサーボ回路
617 から入力されるZ方向駆動信号A11〜A44に応じ
て、各プローブ61411〜61444の第1から第3の駆動用電
極(図2参照)に所定の電圧をそれぞれ印加することに
よって、各プローブ61411〜61444を図示Z軸方向に変位
させる。傾き補正回路620は、Zサーボ回路617 から入
力されるZ方向駆動信号A11〜A44に応じてマルチプロ
ーブヘッド614 の傾きを変化させる傾き補正信号Dを作
成し、Zアクチュエータ613 に出力する。FBループゲ
イン設定回路618 は、図1に示したFBループゲイン設
定回路26と同様のものである。
(4) The Z servo circuit 617, the FB loop gain setting circuit 618, the cantilever drive circuit 619, and the inclination correction circuit 620 The Z servo circuit 617 receives the tunnel current signals J t11 to J t44 from the control circuit 616. Z direction drive signals A 11 to A 44 for changing the distances between the probes 614 11 to 614 44 and the surface of the recording medium 601 so that the values become predetermined values.
And outputs the generated Z-direction drive signals A 11 to A 44 to the cantilever drive circuit 619 and the tilt correction circuit 620, respectively. The cantilever drive circuit 619 is a Z servo circuit.
617 in accordance with the Z-direction driving signal A 11 to A 44 inputted from, by applying respectively a predetermined voltage to the first to third driving electrodes of each probe 614 11-614 44 (see FIG. 2) , The probes 614 11 to 614 44 are displaced in the Z-axis direction in the drawing. The tilt correction circuit 620 creates a tilt correction signal D for changing the tilt of the multi-probe head 614 according to the Z-direction drive signals A 11 to A 44 input from the Z servo circuit 617, and outputs it to the Z actuator 613. The FB loop gain setting circuit 618 is similar to the FB loop gain setting circuit 26 shown in FIG.

【0050】(5)電圧印加回路621 電圧印加回路621 は、各プローブ61411〜61444と記録媒
体601 との間に各種の電圧を印加するためのものであ
る。
[0050] (5) a voltage application circuit 621 voltage application circuit 621 is for applying various voltages between the respective probe 614 11-614 44 and the recording medium 601.

【0051】(6)走査回路622 ,トラッキング制御回
路623 および加算回路624 走査回路622 ,トラッキング制御回路623 および加算回
路624 は、各プローブ61411〜61444をトラッキング制御
しながら記録媒体601 の表面上を二次元走査させるため
のものである。
(6) Scanning circuit 622, tracking control circuit 623 and addition circuit 624 The scanning circuit 622, the tracking control circuit 623 and the addition circuit 624 are arranged on the surface of the recording medium 601 while tracking control of the probes 614 11 to 614 44. For two-dimensional scanning.

【0052】(7)符号器625 および復号器626 符号器625 は、外部から入力される記録情報(データ)
のコード化を行い、記録情報を“0”または“1”の二
値化データへ変換する。変換された二値化データは、プ
ローブヘッド制御回路616 を介して各プローブ61411〜6
1444に入力される。復号器626 は、再生した二値化デー
タを記録情報(データ)へ変換したのち、外部に出力す
る。
(7) Encoder 625 and Decoder 626 Encoder 625 records information (data) input from the outside.
Is encoded and the record information is converted into binary data of “0” or “1”. The converted binarized data is transmitted to each probe 614 11 to 6 via the probe head control circuit 616.
Entered in 14 44 . The decoder 626 converts the reproduced binarized data into recording information (data) and then outputs it to the outside.

【0053】次に、記録再生装置600 の動作について説
明する。
Next, the operation of the recording / reproducing apparatus 600 will be described.

【0054】Zアクチュエータ613 を駆動することによ
り、マルチプローブヘッド614 を記録媒体601 に近づけ
る。各プローブ61411〜61444は記録媒体610 の表面の弾
性定数よりも小さい弾性定数を有するため、すべてのプ
ローブ61411〜61444を一括して記録媒体601 に接近する
際に、弾性体カンチレバーの変形により両者の間に働く
力を一定レベル以下にできる。その結果、接触の際に、
記録媒体601 の表面や各プローブ61411〜61444のティッ
プ用電極の損傷を防ぐことができる。記録再生の際に
は、マルチプローブヘッド614 の各プローブ61411〜614
44は、トンネル電流がそれぞれ流れる程度にまで記録媒
体601 に近づいている。各プローブ61411〜61444から出
力されるトンネル電流信号Jt11〜Jt44は、プローブヘ
ッド制御回路616 を介してZサーボ回路617 に入力され
る。Zサーボ回路617 では、各プローブ61411〜61444
記録媒体601 との間の距離を一定とするような各Z方向
駆動信号A11〜A44が、各トンネル電流信号Jt11〜J
t44に基づいてそれぞれ作成される。作成された各Z方
向駆動信号A11〜A44は、カンチレバー駆動回路619を
経て、各プローブ61411〜61444の第1から第3の駆動用
電極(図2参照)にそれぞれ印加される。また、傾き補
正回路620 では、各Z方向駆動信号A11〜A44に基づい
て、マルチプローブヘッド614 と記録媒体601 との間の
傾きを補正する傾き補正信号Dが作成され、Zアクチュ
エータ613 に出力される。
By driving the Z actuator 613, the multi-probe head 614 is brought closer to the recording medium 601. Since each of the probes 614 11 to 614 44 has an elastic constant smaller than that of the surface of the recording medium 610, when all the probes 614 11 to 614 44 collectively approach the recording medium 601, the elastic cantilever Due to the deformation, the force acting between them can be kept below a certain level. As a result, upon contact,
It is possible to prevent damage to the tip electrode surface and the probe 614 11-614 44 of the recording medium 601. When recording / reproducing, each probe 614 11 to 614 of the multi-probe head 614
Reference numeral 44 approaches the recording medium 601 to such an extent that tunnel currents respectively flow. The tunnel current signals J t11 to J t44 output from the probes 614 11 to 61 44 are input to the Z servo circuit 617 via the probe head control circuit 616. In the Z servo circuit 617, the Z direction drive signals A 11 to A 44 for keeping the distances between the probes 614 11 to 614 44 and the recording medium 601 constant are the tunnel current signals J t11 to J t.
Each is created based on t44 . The generated Z-direction drive signals A 11 to A 44 are applied to the first to third drive electrodes (see FIG. 2) of the probes 614 11 to 614 44 via the cantilever drive circuit 619. In addition, the tilt correction circuit 620 creates a tilt correction signal D for correcting the tilt between the multi-probe head 614 and the recording medium 601 based on the Z-direction drive signals A 11 to A 44 , and outputs the tilt correction signal D to the Z actuator 613. Is output.

【0055】記録再生時には、走査回路622 からマルチ
プローブヘッド614 へ、XY走査信号が出力され、これ
により、マルチプローブヘッド614 が記録媒体601 に対
して図示X軸方向およびY軸方向にそれぞれ走査され
る。このとき、トラッキング制御回路623 では、各プロ
ーブ61411〜61444で検出されるトンネル電流の変化から
トラッキングパターンエッジ位置が検出される。この検
出結果に基づいて、トラッキングパターン602 とマルチ
プローブヘッド614 との位置ずれが、XYアクチュエー
タ615 により補正される。この状態で、記録用電圧が各
プローブ61411〜61444と記録媒体601 との間に電圧印加
回路612 から印加されることにより、トンネル電流が変
調されて、記録媒体601 上に記録ビットが形成される。
At the time of recording / reproducing, an XY scanning signal is output from the scanning circuit 622 to the multi-probe head 614, which causes the multi-probe head 614 to scan the recording medium 601 in the X-axis direction and the Y-axis direction in the figure, respectively. It At this time, the tracking control circuit 623, the tracking pattern edge position is detected from the change in the tunnel current detected by the probe 614 11-614 44. Based on the detection result, the positional deviation between the tracking pattern 602 and the multi-probe head 614 is corrected by the XY actuator 615. In this state, the recording voltage is applied from the voltage applying circuit 612 between each probe 614 11-614 44 and the recording medium 601, and a tunnel current is modulated, recorded bit on the recording medium 601 is formed To be done.

【0056】記録再生装置600 におけるマルチプローブ
ヘッド614 の図示Z軸方向の制御について、図9を参照
して、以下に詳細に説明する。
The control of the multi-probe head 614 in the Z-axis direction in the recording / reproducing apparatus 600 will be described below in detail with reference to FIG.

【0057】Zサーボ回路617 は、プローブヘッド制御
回路616 からのタイミングで、各プローブ61411〜61444
からの各トンネル電流信号Jt11〜Jt44をデジタル信号
に変換するとともに、デジタル信号から各プローブ614
11〜61444をZ軸方向に制御する各制御信号を順次発生
する、デジタルサーボ系の構成とした。Zサーボ回路61
7 は、具体的には、図9に示すように、選択回路701
と、A/D変換回路702 と、対数変換回路703 と、所定
の設定値Z0 がマイナス入力端子に入力されている減算
器704 と、ゲイン補正回路705 と、各プローブ61411〜6
1444ごとの補正量G 11〜G44が格納されるメモリ706
と、PI制御回路707 と、D/A変換回路708と、切替
回路709 とを含む。
The Z servo circuit 617 controls the probe head.
Timing from circuit 616, each probe 61411~ 61444
Each tunnel current signal J fromt11~ Jt44The digital signal
Each probe 614
11~ 61444Sequentially generate each control signal to control the Z axis direction
Yes, it has a digital servo system configuration. Z servo circuit 61
7 is a selection circuit 701 as shown in FIG.
, A / D conversion circuit 702, logarithmic conversion circuit 703, and
Set value Z0 Is input to the minus input terminal
704, gain correction circuit 705, and each probe 61411~ 6
1444Correction amount G for each 11~ G44Memory 706 in which is stored
, PI control circuit 707, D / A conversion circuit 708, and switching
Circuit 709.

【0058】各プローブ61411〜61444からの各トンネル
電流信号Jt11〜Jt44は、プローブヘッド制御回路616
を介して選択回路701 にそれぞれ入力される。選択回路
701では、プローブヘッド制御回路616 からのタイミン
グに従って、各トンネル電流信号Jt11〜Jt44の一つだ
けが選択される(以下、選択されたトンネル電流信号
を、「トンネル電流信号Jtn」と称する。)。選択され
たトンネル電流信号Jtnは、A/D変換器702 でデジタ
ル信号に変換される(以下、デジタル信号に変換された
トンネル電流信号Jtnを、「デジタルトンネル電流信号
tn(t) 」と称する。)。デジタルトンネル電流信号J
tn(t) は、対数変換回路703 で対数変換されることによ
り、プローブと記録媒体601 との間の距離に対して線形
化される(以下、線形化されたデジタルトンネル電流信
号Jtn(t) を、「線形化デジタルトンネル電流信号Lo
gJtn(t) 」と称する。)。線形化デジタルトンネル電
流信号LogJtn(t) は減算器704 のプラス入力端子に
入力され、減算器704 で所定の設定値Z0 と減算される
ことにより、誤差信号en(t)に変換される。
The tunnel current signals J t11 to J t44 from the probes 614 11 to 61 44 are transmitted to the probe head control circuit 616.
Are input to the selection circuit 701 via. Selection circuit
In 701, only one of the tunnel current signals J t11 to J t44 is selected according to the timing from the probe head control circuit 616 (hereinafter, the selected tunnel current signal is referred to as “tunnel current signal J tn ”). .). The selected tunnel current signal J tn is converted into a digital signal by the A / D converter 702 (hereinafter, the tunnel current signal J tn converted into a digital signal will be referred to as “digital tunnel current signal J tn (t)”). Called.). Digital tunnel current signal J
The logarithmic conversion circuit 703 logarithmically converts tn (t) into linearization with respect to the distance between the probe and the recording medium 601 (hereinafter, linearized digital tunnel current signal J tn (t). ) Is defined as “Linearized digital tunnel current signal Lo
gJ tn (t) ”. ). The linearized digital tunnel current signal LogJ tn (t) is input to the plus input terminal of the subtractor 704, and is subtracted from a predetermined set value Z 0 by the subtractor 704 to be converted into an error signal e n (t). It

【0059】このとき、メモリ706 は、プローブヘッド
制御回路616 によって、選択回路701 で選択されている
プローブに対応するアドレスが指定されており、この選
択されているプローブの補正量Gn が、メモリ706 から
補正回路705 に出力されている。なお、メモリ706 に格
納されている各補正量G11〜G44は、FBループゲイン
設定回路618 によって、接触に伴う変位減少量を補償す
るよう、作成されたものである。補正回路705 では、誤
差信号en(t)に補正量Gn が乗じられることにより、補
正誤差信号en(t)’が作成される。PI制御回路708 で
は、補正誤差信号en(t)’がゼロとなるように、選択さ
れたプローブと記録媒体601 との距離を変位させる距離
制御信号Un(t)が生成される。距離制御信号Un(t)は、
D/A変換器708 でアナログ信号に変換されたのち、切
替回路709 によって、選択されたプローブをZ軸方向に
駆動するアクチュエータに印加される。
At this time, in the memory 706, the address corresponding to the probe selected by the selection circuit 701 is designated by the probe head control circuit 616, and the correction amount G n of the selected probe is stored in the memory. It is output from the 706 to the correction circuit 705. The correction amounts G 11 to G 44 stored in the memory 706 are created by the FB loop gain setting circuit 618 so as to compensate the displacement reduction amount due to the contact. In the correction circuit 705, the correction error signal e n (t) ′ is created by multiplying the error signal e n (t) by the correction amount G n . The PI control circuit 708 generates a distance control signal U n (t) that displaces the distance between the selected probe and the recording medium 601 so that the correction error signal e n (t) ′ becomes zero. The distance control signal U n (t) is
After being converted into an analog signal by the D / A converter 708, it is applied by a switching circuit 709 to an actuator that drives the selected probe in the Z-axis direction.

【0060】プローブヘッド制御回路616 は、各プロー
ブ番号に対応した距離制御信号Un(t)をストアしなが
ら、選択するプローブを順次切り替えて、すべてのプロ
ーブ61411〜61444に対して、同様にして、Z軸方向の制
御を行う。なお、アクチュエータに距離制御信号が一度
印加されたのちは、再び同じアクチュエータに距離制御
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。すなわち、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。これにより、すべての
プローブ61411〜61444の変位減少によるZサーボ応答の
低下とそのばらつきとが補正でき、補正後の誤差信号を
PI制御回路707 に入力することにより、すべてのプロ
ーブ61411〜61444について、同程度の精度で、かつ、ア
クチュエータの性能限界に近い周波数まで、サーボ制御
を行うことができる。
The probe head control circuit 616 sequentially switches the probe to be selected while storing the distance control signal U n (t) corresponding to each probe number, and applies the same to all the probes 614 11 to 614 44 . Then, control in the Z-axis direction is performed. After the distance control signal is applied to the actuator once, the actuator is in a floating state until the distance control signal is applied to the same actuator again. That is, during this period, the control voltage is held by the capacitance between the electrodes of the actuator, and the displacement of the actuator is maintained. As a result, it is possible to correct the decrease in Z servo response due to the displacement reduction of all the probes 614 11 to 61444 and its variation, and by inputting the corrected error signal to the PI control circuit 707, all the probes 614 11 to 614 44 can be corrected. for 614 44, with same accuracy and to frequencies close to the performance limits of the actuators, it is possible to perform servo control.

【0061】次に、以上のようにしてサーボをかけなが
ら行った記録再生について説明する。
Next, the recording / reproducing performed while applying the servo as described above will be described.

【0062】マルチプローブヘッド614 の各プローブ61
411〜61444のティップが記録媒体601 の表面に接触する
と、記録媒体601 の表面が弾性変形し、ティップと基板
電極との間にトンネル電流が流れる。16本のプローブ
61411〜61444の弾性定数kPは、図1に示した弾性体プ
ローブ40と同様に、約0.01N/m±10%であっ
た。さらに、ティップの先端の曲率半径を約0.1μm
とし、記録媒体601 の有機材料のヤング率を約10-9
/m2 とすると、記録媒体601 の凹に対する弾性定数k
S は約1N/mと見積もられた。そこで、FBループゲ
イン設定回路618 では、接触時の変位減少量が0.01
±10%と見積もられ、この変位減少量を補正するよう
に、各プローブ61411〜61444の補正量G11〜G44が作成
されたのち、メモリ706 に格納された。
Each probe 61 of the multi-probe head 614
When 4 11-614 44 tips of contacts the surface of the recording medium 601, the surface is elastically deformed in the recording medium 601, a tunnel current flows between the tip and the substrate electrode. 16 probes
The elastic constants k P of 614 11 to 614 44 were about 0.01 N / m ± 10%, like the elastic probe 40 shown in FIG. Furthermore, the radius of curvature of the tip of the tip is about 0.1 μm.
And the Young's modulus of the organic material of the recording medium 601 is about 10 −9 N
/ M 2 , the elastic constant k for the concave of the recording medium 601
S was estimated to be about 1 N / m. Therefore, in the FB loop gain setting circuit 618, the displacement reduction amount at the time of contact is 0.01
Estimated at 10% ±, so as to correct the displacement reduction, after the correction amount G 11 ~G 44 of each probe 614 11-614 44 is created, stored in the memory 706.

【0063】記録情報の記録は、以下のようにして、行
った。各プローブ61411〜61444と記録媒体601 との間
に、0.1Vのバイアス電圧を印加し、一定のトンネル
電流(1nA)が流れる程度にまで、各プローブ61411
〜61444を記録媒体601 にそれぞれ近づけた。各プロー
ブ61411〜61444をZサーボ回路617 によってZ軸方向に
それぞれ独立に駆動し、1nAのトンネル電流が流れる
ように、フィードバック制御をそれぞれ行った。さら
に、Z方向駆動信号A11〜A44に基づいて、マルチプロ
ーブヘッド614 と記録媒体601 との間の傾きを補正する
傾き補正信号Dを作成し、Zアクチュエータ613 に出力
する。この状態で、記録媒体601 の所望の位置まで各プ
ローブ61411〜61444を移動したのち、バイアス電圧を変
調し、6Vのパルス電圧を所定のプローブ61411〜61444
と記録媒体601 との間に印加すると、瞬間的に約0.1
μAのトンネル電流が流れる大きさの記録ビット(10
nmφの記録ビット)が形成された。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。そこ
で、低抵抗状態にある記録ビットを“1”に対応づける
とともに、高抵抗状態にある記録ビットを“0”に対応
づける。そして、符号器625で、外部から入力されてく
る記録情報(データ)を“0”および“1”の二値デー
タへコード化し、復号器626 で二値化データの再生を行
うことにより、二値化データの記録再生を行った。
Recording of recording information was performed as follows. Between each probe 614 11-614 44 and the recording medium 601, a bias voltage of 0.1 V, to the extent that a constant tunnel current (1 nA) flows, each probe 614 11
Each of the recording medium 601 and the recording medium 601 was brought up to 614 44 . Each of the probes 614 11 to 614 44 was independently driven in the Z-axis direction by the Z servo circuit 617, and feedback control was performed so that a tunnel current of 1 nA would flow. Further, an inclination correction signal D for correcting the inclination between the multi-probe head 614 and the recording medium 601 is created based on the Z-direction drive signals A 11 to A 44 and output to the Z actuator 613. In this state, after moving each probe 614 11 to 61 44 to a desired position on the recording medium 601, the bias voltage is modulated and a 6V pulse voltage is applied to a predetermined probe 614 11 to 614 44.
When applied between the recording medium 601 and the recording medium 601, it is instantaneously about 0.1.
A recording bit (10
nmφ recording bit) was formed. When scanning was performed after application of the pulse voltage, the state was maintained. Therefore, the recording bit in the low resistance state is associated with "1" and the recording bit in the high resistance state is associated with "0". Then, the encoder 625 encodes the recording information (data) input from the outside into binary data of “0” and “1”, and the decoder 626 reproduces the binary data, Recording and reproduction of the digitized data were performed.

【0064】次に、本発明の記録再生装置の第2の実施
例について、図10を参照して、説明する。
Next, a second embodiment of the recording / reproducing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

【0065】本実施例の記録再生装置は、図10に示す
Zサーボ回路を有する点で、図7に示した、記録再生装
置600 と異なる。すなわち、Zサーボ回路は、選択回路
801と、A/D変換回路802 と、対数変換回路803 と、
所定の設定値Z0 がマイナス入力端子に入力されている
減算器804 と、PI制御回路806 と、PI制御回路806
の制御パラメータK11〜K44が各プローブ61411〜61444
ごとに格納されるメモリ807 と、D/A変換回路808
と、切替回路809 とを含む。
The recording / reproducing apparatus of this embodiment is different from the recording / reproducing apparatus 600 shown in FIG. 7 in that it has the Z servo circuit shown in FIG. That is, the Z servo circuit is the selection circuit.
801, an A / D conversion circuit 802, a logarithmic conversion circuit 803,
A subtractor 804 having a predetermined set value Z 0 input to its negative input terminal, a PI control circuit 806, and a PI control circuit 806.
The control parameters K 11 to K 44 of each probe are 614 11 to 614 44.
Memory 807 and D / A conversion circuit 808 stored for each
And a switching circuit 809.

【0066】各プローブ81411〜81444からの各トンネル
電流信号Jt11〜Jt44は、プローブヘッド制御回路(不
図示)を介して選択回路801 にそれぞれ入力される。選
択回路801 では、プローブヘッド制御回路からのタイミ
ングに従って、各トンネル電流信号Jt11〜Jt44の一つ
だけが選択される(以下、選択されたトンネル電流信号
を、「トンネル電流信号Jtn」と称する。)。選択され
たトンネル電流信号J tnは、A/D変換器802 でデジタ
ル信号に変換される(以下、デジタル信号に変換された
トンネル電流信号Jtnを、「デジタルトンネル電流信号
tn(t) 」と称する。)。デジタルトンネル電流信号J
tn(t) は、対数変換回路803 で対数変換されることによ
り、プローブと記録媒体との間の距離に対して線形化さ
れる(以下、線形化されたデジタルトンネル電流信号J
tn(t) を、「線形化デジタルトンネル電流信号LogJ
tn(t) 」と称する。)。線形化デジタルトンネル電流信
号LogJtn(t) は減算器804 のプラス入力端子に入力
され、減算器804 で所定の設定値Z0 と減算されること
により、誤差信号en(t)に変換される。PI制御回路80
6 では、誤差信号en(t)がゼロとなるように、選択され
たプローブと記録媒体との距離を変位させる距離制御信
号Un(t)が作成される。距離制御信号Un(t)は、D/A
変換器808 でアナログ信号に変換されたのち、切替回路
809 によって、選択されたプローブをZ軸方向に駆動す
るアクチュエータに印加される。
Each probe 81411~ 81444From each tunnel
Current signal Jt11~ Jt44Is the probe head control circuit (not
Input to the selection circuit 801 via the respective channels. Election
The selection circuit 801 uses the timing from the probe head control circuit.
Each tunnel current signal Jt11~ Jt44one of
Only selected (hereinafter, selected tunnel current signal
"Tunnel current signal Jtn". ). Selected
Tunnel current signal J tnIs a digital converter with A / D converter 802.
Converted to digital signals (hereinafter, converted to digital signals
Tunnel current signal JtnThe digital tunnel current signal
Jtn(t) ”. ). Digital tunnel current signal J
tn(t) is calculated by logarithmic conversion by the logarithmic conversion circuit 803.
Linearized with respect to the distance between the probe and the recording medium.
(Hereinafter, linearized digital tunnel current signal J
tn(t) is converted to the “linearized digital tunnel current signal LogJ
tn(t) ”. ). Linearized digital tunnel current signal
Issue LogJtn(t) is input to the positive input terminal of the subtractor 804
Then, the subtractor 804 sets a predetermined set value Z0 Be subtracted from
Error signal enconverted to (t). PI control circuit 80
At 6, the error signal enselected so that (t) is zero.
Distance control signal that displaces the distance between the probe and the recording medium.
Issue Un(t) is created. Distance control signal Un(t) is D / A
After being converted into an analog signal by the converter 808, the switching circuit
Drives the selected probe in the Z-axis direction by 809
Applied to the actuator.

【0067】プローブヘッド制御回路は、選択するプロ
ーブを順次切り替えて、すべてのプローブ81411〜81444
に対して、同様にして、Z軸方向の制御を行う。このと
き、FBループゲイン設定回路(不図示)は、接触に伴
う各プローブ81411〜81444の変位減少量を見積もって、
見積もった各変位減少量を補償するPI制御回路806の
制御パラメータK11〜K44を作成して、メモリ807 に格
納させる。その結果、PI制御回路806 では、 Un(t)=Kp ×en(t)+Ki ×∫en(t)dt (4) ただし、Kp,Ki=制御パラメータ により、距離制御信号Un(t)が作成されるが、変位減少
分を補うように、たとえば上記(4)式の積分項(同式
の2項)の制御パラメータKi が大きくされる。この制
御パラメータKi として、メモリ807 に格納された制御
パラメータK11〜K44を用いる。
The probe head control circuit sequentially switches the probes to be selected, and all the probes 814 11 to 814 44.
In the same manner, control in the Z-axis direction is performed. At this time, the FB loop gain setting circuit (not shown) estimates the displacement reduction amount of each probe 814 11 to 814 44 due to the contact,
The control parameters K 11 to K 44 of the PI control circuit 806 for compensating the estimated displacement reduction amounts are created and stored in the memory 807. As a result, the PI control circuit 806, U n (t) = K p × e n (t) + K i × ∫e n (t) dt (4) However, K p, the K i = control parameter, distance control The signal U n (t) is generated, but the control parameter K i of the integral term (the second term of the same equation) of the above equation (4) is increased so as to compensate for the displacement decrease. As the control parameters K i , the control parameters K 11 to K 44 stored in the memory 807 are used.

【0068】なお、本実施例では、上記(4)式の2項
目の制御パラメータKi を変えることにより、接触に伴
う変位減少を補償したが、上記のようなデジタルサーボ
系においては、アナログ値からデジタル値に離散値化す
るサンプリングタイミングのクロック周波数を上げるこ
とにより、上記(4)式の積分項の利き方を大きくする
ようにしてもよい。
In the present embodiment, the displacement reduction due to the contact is compensated by changing the control parameters K i of the two items of the equation (4), but in the digital servo system as described above, the analog value is changed. It is also possible to increase the advantage of the integral term of the above equation (4) by increasing the clock frequency of the sampling timing that is converted into a digital value from the above.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次の効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【0070】(1)弾性体プローブの先端の媒体への接
触による導電性ティップの先端部の変位減少によって生
じる弾性体プローブと試料との間の距離制御性能の低下
を補償し、弾性体プローブの安定した制御を可能とする
ことができる。これにより、マイクロプローブを用いた
走査型トンネル顕微鏡や記録再生装置において、安定し
た信号の再生を実現することができる。
(1) The deterioration of the distance control performance between the elastic probe and the sample caused by the decrease in the displacement of the tip of the conductive tip due to the contact of the tip of the elastic probe with the medium is compensated for. Stable control can be enabled. As a result, stable signal reproduction can be realized in a scanning tunneling microscope or recording / reproducing apparatus using a microprobe.

【0071】(2)マイクロプローブを集積化したマル
チプローブヘッドを用いた走査型トンネル顕微鏡や記録
再生装置において、複数の弾性体プローブの機械特性の
ばらつきを吸収し、各弾性体プローブの接触時の変位減
少に伴うプローブ位置制御性能の低下を補償し、すべて
のプローブから安定した信号の再生を実現することがで
きる。
(2) In a scanning tunneling microscope or a recording / reproducing apparatus using a multi-probe head in which microprobes are integrated, variations in mechanical characteristics of a plurality of elastic body probes are absorbed, and when each elastic body probe makes contact with each other. It is possible to compensate for the deterioration of the probe position control performance due to the displacement reduction, and to realize stable signal reproduction from all the probes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の走査型トンネル顕微鏡の一実施例を示
す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a scanning tunneling microscope of the present invention.

【図2】図1に示した弾性体プローブの具体的構成を示
す図であり、(A)は側断面図、(B)を(A)のA−
A線に沿う断面図である。
2A and 2B are diagrams showing a specific configuration of the elastic probe shown in FIG. 1, in which FIG. 2A is a side sectional view and FIG.
It is sectional drawing which follows the A line.

【図3】図1に示したZサーボ回路の構成を示すブロッ
ク図である。
3 is a block diagram showing a configuration of a Z servo circuit shown in FIG.

【図4】図1に示したFBループゲイン設定回路の説明
を行うための図であり、(A)は導電性ティップと観察
試料とが吸着力によって接触した状態を示す図、(B)
は接触の初期状態において導電性ティップの先端が観察
試料の表面の被覆層に接触したときの弾性体プローブの
根元の位置,導電性ティップの先端の位置および観察試
料の表面の位置関係を表すモデルを示す図、(C)は導
電性ティップの先端が“ΔZS ”だけ変位したときの弾
性体プローブの根元の位置,導電性ティップの先端の位
置および観察試料の表面の位置関係を表すモデルを示す
図である。
4A and 4B are diagrams for explaining the FB loop gain setting circuit shown in FIG. 1, where FIG. 4A is a diagram showing a state in which a conductive tip and an observation sample are in contact with each other by an attraction force, and FIG.
Is a model representing the position of the base of the elastic probe, the position of the tip of the conductive tip and the position of the surface of the observation sample when the tip of the conductive tip contacts the coating layer on the surface of the observation sample in the initial state of contact. (C) is a model showing the position of the root of the elastic probe, the position of the tip of the conductive tip, and the positional relationship of the surface of the observation sample when the tip of the conductive tip is displaced by "ΔZ S ". FIG.

【図5】図1に示した導電性ティップの先端の変位が大
きく減少することが弾性体プローブの位置制御に及ぼす
影響について説明するための図であり、(A)は弾性体
プローブのZ軸方向の位置制御を行う際に通常用いられ
る制御系を示すブロック図、(B)は導電性ティップの
先端の変位が減少した場合の制御系を示すブロック図で
ある。
5A and 5B are views for explaining the effect of a large decrease in the displacement of the tip of the conductive tip shown in FIG. 1 on the position control of the elastic probe, FIG. 5A being the Z axis of the elastic probe. FIG. 3B is a block diagram showing a control system normally used when performing directional position control, and FIG. 3B is a block diagram showing the control system when the displacement of the tip of the conductive tip is reduced.

【図6】図1に示した導電性ティップの先端の変位が大
きく減少することが弾性体プローブの位置制御に及ぼす
影響について説明するためのグラフである。
FIG. 6 is a graph for explaining the effect of a large decrease in the displacement of the tip of the conductive tip shown in FIG. 1 on the position control of the elastic probe.

【図7】本発明の記録再生装置の第1の実施例を示す概
略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a recording / reproducing apparatus of the present invention.

【図8】図7に示したマルチプローブヘッドの構成を説
明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of the multi-probe head shown in FIG.

【図9】図7に示したZサーボ回路の構成を説明するた
めの図である。
9 is a diagram for explaining the configuration of the Z servo circuit shown in FIG. 7. FIG.

【図10】本発明の記録再生装置の第2の実施例におけ
るZサーボ回路の構成を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of a Z servo circuit in the second embodiment of the recording / reproducing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 観察試料 10 走査型トンネル顕微鏡 11 XY微動駆動機構 12 XY微動駆動回路 13 バイアス回路 21 電流電圧変換回路 22 対数変換回路 23 Zサーボ回路 24 増幅器 25 Z微動機構 26 FBループゲイン設定回路 30 制御回路 31 スイッチ回路 32 ディスプレイ 40 弾性体プローブ 41 シリコン基板 42 第1のSiNx層 43 第1の駆動用電極 44 第1の圧電体薄膜 45 第2の駆動用電極 46 第2の圧電体薄膜 47 第3の駆動用電極 48 第2のSiNx層 49 導電性ティップ 50 ティップ用電極 101 減算器 102 可変ゲインアンプ 103 ローパスフィルタ 104 補正回路 201 被覆層 301〜305 ブロック 600 記録再生装置 601 記録媒体 611 構造体 612 基台 613 Zアクチュエータ 614 マルチプローブヘッド 61411〜61444,81411,81412,81444 プローブ 615 XYアクチュエータ 616 プローブヘッド制御回路 617 Zサーボ回路 618 FBループゲイン設定回路 619 カンチレバー駆動回路 620 傾き補正回路 621 電圧印加回路 622 走査回路 623 トラッキング制御回路 624 加算回路 625 符号器 626 復号器 701,801 選択回路 702,802 A/D変換回路 703,803 対数変換回路 704,804 減算器 705 ゲイン補正回路 706,807 メモリ 707,806 PI制御回路 708,808 D/A変換回路 709,809 切替回路 kP,kS 弾性定数 Jt トンネル電流 Vt 電圧 Log(Vt) 対数電圧 PG ゲインパラメータ SL 距離制御信号 Z0 距離設定値 e エラー信号 S 補正距離制御信号1 Observation Sample 10 Scanning Tunnel Microscope 11 XY Fine Motion Drive Mechanism 12 XY Fine Motion Drive Circuit 13 Bias Circuit 21 Current-Voltage Conversion Circuit 22 Logarithmic Conversion Circuit 23 Z Servo Circuit 24 Amplifier 25 Z Fine Motion Mechanism 26 FB Loop Gain Setting Circuit 30 Control Circuit 31 Switch circuit 32 Display 40 Elastic body probe 41 Silicon substrate 42 First SiNx layer 43 First drive electrode 44 First piezoelectric thin film 45 Second drive electrode 46 Second piezoelectric thin film 47 Third drive Electrode 48 Second SiNx layer 49 Conductive tip 50 Tip electrode 101 Subtractor 102 Variable gain amplifier 103 Low-pass filter 104 Correction circuit 201 Coating layer 301 to 305 Block 600 Recording / reproducing device 601 Recording medium 611 Structure 612 Base 613 Z actuator 614 Multi-probe head 614 11 to 614 44 , 814 11 , 814 12 , 814 44 Probe 615 XY actuator 616 Probe head control circuit 617 Z servo circuit 618 FB loop gain setting circuit 619 Cantilever drive circuit 620 Tilt correction circuit 621 Voltage application circuit 622 Scan circuit 623 Tracking control circuit 624 Adder circuit 625 Sign 626 Decoder 701,801 Selection circuit 702,802 A / D conversion circuit 703,803 Logarithmic conversion circuit 704,804 Subtractor 705 Gain correction circuit 706,807 Memory 707,806 PI control circuit 708,808 D / A conversion circuit 709,809 Switching circuit k P , k S Elastic constant J t Tunnel current V t Voltage Log (V t ) Logarithmic voltage P G Gain parameter S L Distance control signal Z 0 Distance set value e Error signal S Correction distance control signal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川瀬 俊光 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 多川 昌宏 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Toshimitsu Kawase 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Masahiro Tagawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Kya Non non corporation

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 弾性体プローブの先端に設けられた導電
性ティップを試料に接触させたときの該導電性ティップ
と該試料との間に流れる電流を用いて、該弾性体プロー
ブの位置を制御するプローブ位置制御方法において、 前記導電性ティップと前記試料との接触に伴って生じる
前記弾性体プローブの先端の変位減少を補正することを
特徴とするプローブ位置制御方法。
1. The position of the elastic probe is controlled by using a current flowing between the conductive tip and the sample when the conductive tip provided at the tip of the elastic probe is brought into contact with the sample. In the probe position control method described above, the displacement decrease of the tip of the elastic probe caused by the contact between the conductive tip and the sample is corrected.
【請求項2】 前記導電性ティップと前記試料との間の
距離を制御するための制御ループのゲインを補正するこ
とにより、前記弾性体プローブの先端の変位減少を補正
することを特徴とする請求項1記載のプローブ位置制御
方法。
2. The displacement reduction of the tip of the elastic probe is corrected by correcting the gain of a control loop for controlling the distance between the conductive tip and the sample. Item 1. A probe position control method according to item 1.
【請求項3】 先端に導電性ティップが設けられた弾性
体プローブが複数個集積されたマルチプローブヘッドの
前記各導電性ティップを試料に接触させたときの該各導
電性ティップと前記試料との間に流れる各電流を用い
て、前記各弾性体プローブの位置をそれぞれ制御するプ
ローブ位置制御方法において、 前記各導電性ティップと前記試料との接触に伴って生じ
る前記各弾性体プローブの先端の変位減少をそれぞれ補
正することを特徴とするプローブ位置制御方法。
3. A sample comprising: a plurality of elastic probes having conductive tips provided at their tips, wherein the conductive tips of a multi-probe head are brought into contact with the sample. In the probe position control method for controlling the position of each elastic probe by using each current flowing in between, displacement of the tip of each elastic probe caused by contact between each conductive tip and the sample A probe position control method characterized by correcting each decrease.
【請求項4】 前記各導電性ティップと前記試料との間
の距離を制御するための各制御ループのゲインをそれぞ
れ補正することにより、前記各弾性体プローブの先端の
変位減少をそれぞれ補正することを特徴とする請求項3
記載のプローブ位置制御方法。
4. Correcting the displacement reduction of the tip of each elastic probe by correcting the gain of each control loop for controlling the distance between each conductive tip and the sample. 4. The method according to claim 3,
The probe position control method described.
【請求項5】 先端に導電性ティップが設けられた弾性
体プローブが複数個集積されたマルチプローブヘッド
と、前記各導電性ティップを試料に接触させたときの該
各導電性ティップと前記試料との間に流れる各電流を用
いて前記各弾性体プローブの位置をそれぞれ制御する複
数個の制御手段とを備えた走査型トンネル顕微鏡におい
て、 前記各制御手段の制御ループのゲインをそれぞれ補正す
る複数個の補正手段を含むことを特徴とする走査型トン
ネル顕微鏡。
5. A multi-probe head in which a plurality of elastic probes having conductive tips provided at the tip are integrated, and the conductive tips and the sample when the conductive tips are brought into contact with a sample. In a scanning tunneling microscope including a plurality of control means for controlling the position of each elastic probe by using each current flowing between, a plurality of correction means for correcting the gain of the control loop of each control means. A scanning tunneling microscope, comprising:
【請求項6】 前記各補正手段の補正量がそれぞれ格納
される記憶手段をさらに含むことを特徴とする請求項5
記載の走査型トンネル顕微鏡。
6. The storage device according to claim 5, further comprising a storage unit that stores the correction amount of each correction unit.
The scanning tunneling microscope described.
【請求項7】 前記各制御手段のフィードバックパラメ
ータがそれぞれ格納される記憶手段をさらに含むことを
特徴とする請求項5記載の走査型トンネル顕微鏡。
7. The scanning tunneling microscope according to claim 5, further comprising storage means for storing feedback parameters of the respective control means.
【請求項8】 先端に導電性ティップが設けられた弾性
体プローブが複数個集積されたマルチプローブヘッド
と、前記各導電性ティップを試料に接触させたときの該
各導電性ティップと前記試料との間に流れる各電流を用
いて前記各弾性体プローブの位置をそれぞれ制御する複
数個の制御手段とを備えた記録再生装置において、 前記各制御手段の制御ループのゲインをそれぞれ補正す
る複数個の補正手段を含むことを特徴とする記録再生装
置。
8. A multi-probe head in which a plurality of elastic probes having conductive tips provided on the tip are integrated, and the conductive tips and the sample when the conductive tips are brought into contact with a sample. In a recording / reproducing apparatus provided with a plurality of control means for controlling the position of each elastic probe by using each current flowing between the plurality of control means, a plurality of control loop gains of the control means are respectively corrected. A recording / reproducing apparatus including a correction unit.
【請求項9】 前記各補正手段の補正量がそれぞれ格納
される記憶手段をさらに含むことを特徴とする請求項8
記載の記録再生装置。
9. The storage device further includes a storage unit that stores the correction amount of each correction unit.
The recording / reproducing apparatus described.
【請求項10】 前記各制御手段のフィードバックパラ
メータがそれぞれ格納される記憶手段をさらに含むこと
を特徴とする請求項8記載の記録再生装置。
10. The recording / reproducing apparatus according to claim 8, further comprising storage means for storing feedback parameters of the respective control means.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007114355A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 Pioneer Corporation Information storage device using probe
JP2016102749A (en) * 2014-11-28 2016-06-02 株式会社アドバンテスト measuring device
US10436822B2 (en) 2014-11-28 2019-10-08 Advantest Corporation Measurement apparatus

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