JPH0721968A - Cantilever type displacement element, cantilever type probe using the displacement element, and scanning type probe microscope and data processer using the probe - Google Patents

Cantilever type displacement element, cantilever type probe using the displacement element, and scanning type probe microscope and data processer using the probe

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JPH0721968A
JPH0721968A JP19163193A JP19163193A JPH0721968A JP H0721968 A JPH0721968 A JP H0721968A JP 19163193 A JP19163193 A JP 19163193A JP 19163193 A JP19163193 A JP 19163193A JP H0721968 A JPH0721968 A JP H0721968A
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JP
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Patent type
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cantilever
probe
substrate
displacement element
fixed electrode
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Application number
JP19163193A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Nakayama
Yasuhiro Shimada
Yoshio Suzuki
Osamu Takamatsu
Nobuo Watanabe
優 中山
康弘 島田
信男 渡邊
義勇 鈴木
修 高松
Original Assignee
Canon Inc
キヤノン株式会社
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Publication date

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K999/00PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS dummy group

Abstract

PURPOSE:To suppress short-circuiting so as to improve the durability, as well as to prevent a sticking phenomenon so as to simplify the manufacturing process and to improve the yield, by providing a projecting position of an insulating material to the surface of a substrate or the surface of a cantilever side, to a cantilever type dispalcement element. CONSTITUTION:On the surface of a silicon substrate 101, a silicon nitride membrane 102 is laminated, and after a tungsten membrane is laminated thereover, a fixed electrode 103 is formed by a patterning. Furthermore, a silicone nitride to be an insulator is laminated, and by forming a projecting position 104 by a patterning, short-circuiting between the fixed electrode and an opposite electrode is prevented, as well as a sticking when the cantilever is released is prevented, in the manufacturing process thereafter. After that, a sacrificing layer 109, a multi-crystal silicon membrane 106, and a silicon nitride membrane 107 are laminated in order, and after a heat treatment is applied, the membranes 106 and 107 are made into a cantilever form by a patterning, and then, the sacrificing layer 109 is removed by an etching, and a clearance 105 is formed between the cantilever 106 and the fixed electrode 103.

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、走査型トンネル顕微鏡(以下、「STM」と称す)や原子間力顕微鏡(以下、 The present invention relates to a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as "STM") and atomic force microscope (hereinafter,
「AFM」と称す)等の走査型探針顕微鏡(以下、「S Referred to as "AFM") scanning of such probe microscope (hereinafter, "S
PM」と称す)等に用いられる片持ち梁(カンチレバー)構造の変位素子(アクチュエータ)、及びこれを用いたSPM並びに情報処理装置等に関する。 PM "and referred) cantilever used in such (cantilever) displacement element structure (actuator), and a SPM and the information processing apparatus or the like using the same.

【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測できるSTMがジー・ビーニッヒらにより開発(フェルベティカ フィジィカ アクタ,55,726(1 In recent years, development STM can be observed the electron structure of surface atoms of a conductor directly by G. Binihhi et al. (Ferubetika Fijiika actor, 55,726 (1
982). 982). )されて以来、先端の尖った探針を走査する事により様々な情報を得るSPM装置や、基板に電気的、化学的あるいは物理的作用を及ぼす事を目的としたSPMを応用した微細加工技術の研究開発が行われている。 ) Is since, SPM devices and to obtain various information by scanning a pointed probe tip, the electrical substrate, chemical or micromachining techniques that exerts physical action by applying the SPM for the purpose research and development of is being carried out. また、半導体微細加工技術やマイクロメカニクス技術により、例えば、基板としてシリコンウエハを用い、 Further, the semiconductor microfabrication technology and micromechanics technology, for example, a silicon wafer used as a substrate,
薄膜からなるカンチレバー上に探針を作製したコンパクトなSPM装置などが開発されている。 Such as compact SPM device manufactured the probe on a cantilever formed of a thin film it has been developed.

【0003】一方では、記録再生装置、なかでも、コンピューターの計算情報等では大容量を有する記録装置に対する要求がますます高まっており、半導体プロセス技術の進展によりマイクロプロセッサーが小型化し、計算能力が向上したために記録装置の小型化が望まれている。 [0003] On the other hand, the recording and reproducing apparatus, inter alia, on a computer calculation information and the like are required increasingly for the recording apparatus having a large capacity, microprocessor miniaturized with the development of semiconductor process technologies, improved computing power miniaturization of the recording apparatus is desired to have. これらの要求を満たす目的で、記録媒体との間隔が微調整可能な駆動手段上に存在するトンネル電流発生用マイクロプローブからなる変換器から電圧印加することによって、記録媒体表面の形状を変化させることにより記録書き込みし、形状の変化によるトンネル電流の変化を検知することにより情報の読み出しを行い最小記録面積が10nm平方となる記録再生装置が提案されている。 In order to meet these requirements, by applying voltage from the transducer gap between the recording medium is made of a tunnel current generating micro probes present on tunable drive means, altering the shape of the recording medium surface recorded write, minimum recording area reads the information by detecting a change in a tunnel current due to the change in shape is proposed 10nm square to become a recording and reproducing apparatus by.

【0004】上述したSPM及びそれを応用した記録再生装置に搭載されるカンチレバー型変位素子の駆動方法としては、例えば、カンチレバーを圧電バイモルフ構造とした圧電型や、カンチレバーに形成された対向電極と基板上に形成された固定電極とに電圧を印加する事により静電力を働かせて梁を変位させる静電型とがあり、静電型は構成が簡単で材料の自由度が高い特徴を有する。 [0004] As a driving method of the cantilever type displacement element mounted on the above-described SPM and reproducing apparatus which applies it, for example, a piezoelectric type in which the cantilever piezoelectric bimorph structure and a counter electrode formed on the cantilever substrate There is an electrostatic type for displacing the beam by exert an electrostatic force by applying a voltage to a fixed electrode formed on the electrostatic type has a high flexibility characteristics of the configuration is simple material.

【0005】上記静電型の例としては、特開昭61−2 [0005] Examples of the electrostatic type, JP 61-2
06148号で提案されているカンチレバー状素子がある。 There are cantilevered element proposed in JP 06 148. これは図18に示すように、Siウェハー401上に不純物ドープにより固定電極402を設けた後、Si This is because, as shown in FIG. 18, after providing the fixed electrode 402 by an impurity doping on the Si wafer 401, Si
のエピタキシャル成長403を行い、これに再度不純物ドープにより対向電極404を設けた後、その中間のノンドープSi層を除去してカンチレバー405を形成したものである。 The epitaxial growth was performed 403, after providing the counter electrode 404 by an impurity doping again this is obtained by forming a cantilever 405 by removing the non-doped Si layer in between. なお、カンチレバーの電極上には絶縁層406が形成されその上にトンネル電流を検知する探針407と引き出し電極408が設けられている。 Note that on a cantilever electrode are electrodes 408 drawn out between the probe 407 for detecting a tunnel current provided thereon is formed an insulating layer 406. また、 Also,
上記と同様な構成で作成されたAFMが特開昭63−3 AFM created in the same configuration as the above JP 63-3
09802号に提案されている。 It has been proposed in EP 09 802. これは微小力によるカンチレバーのたわみを静電容量の変化で検出するものであり、静電駆動カンチレバーと同じ素子構成を用いることができる。 This is for detecting the deflection of the cantilever by the minute force a change in capacitance, it is possible to use the same device configuration as the electrostatic driving cantilever.

【0006】 [0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述した静電型のカンチレバー型変位素子において、比較的大きな電圧印加によりカンチレバーを大きく変位させた時や、試料表面の大きな凹凸やごみ等によりカンチレバーが大きく変位した時に、狭くなった固定電極と対向電極との間で電気的なショートを起こす事があり、素子あるいは電気制御系に大きな損傷を与えていた。 However [0005] In the cantilever type displacement element of the electrostatic type described above, and when is largely displaced cantilever by a relatively large voltage is applied, the cantilever is large due to the large irregularities and dust on the sample surface when displaced, may cause an electrical short circuit between the fixed electrode and the counter electrode becomes narrower, it had a profound damage to the device or electrical control system.

【0007】また従来技術においては、製造方法に関しても以下の様な課題があった。 [0007] Also in the prior art, there was also the following of such challenges with respect to the production method. 基板表面にカンチレバーを作製する方法としては、通常、フォトリソ・エッチング等の半導体微細加工技術を応用している。 As a method of making a cantilever on the substrate surface, usually by applying semiconductor fine processing technology such as photolithography and etching. これにより、シリコン基板表面に任意の形状の導電膜や絶縁膜の積層構造を形成する事が可能であり、それらの組み合わせにより梁状構造体や電極を自由に作製していた。 Thus, it is possible to form a laminated structure of a conductive film or an insulating film having an arbitrary shape on a silicon substrate surface, a beam-like structure and the electrodes were fabricated freely by their combination. 一般に、基板表面から10μm程度以下の狭い空間を隔てた位置にカンチレバーなどの構造体を作製するために、犠牲層を用いていた。 In general, in order to produce a structure such as a cantilever at a position spaced 10μm approximately following the narrow space from the substrate surface, it has been using a sacrificial layer. この犠牲層とは、後に除去される事により空間を形成するための薄膜層であり、犠牲層表面に梁や電極や探針を作製し、最後にその犠牲層を除去する。 The sacrificial layer is a thin film layer for forming a space by being removed after, to produce a beam or electrode or probe the sacrificial layer surface, to remove the last the sacrificial layer. ここで、梁や電極や探針等の重要な部位にダメージを与える事なく犠牲層を完全に除去するために、酸あるいはアルカリ等の液体を用いて犠牲層を溶解除去する。 Here, in order to completely remove the sacrificial layer without damaging the important parts, such as beams and electrodes or probes, dissolved to remove the sacrificial layer using a liquid of acid or alkali or the like.
従って、犠牲層除去後に基板を乾燥させる必要があり、 Therefore, it is necessary to dry the substrate after the sacrificial layer removal,
この時に梁と基板表面との隙間に入り込んだ液体が蒸発するに伴い、梁は液体の表面張力によって基板表面側へ曲げられ、最終的には梁が基板表面に貼り付いて取れなくなる現象が起こる。 As the liquid that has entered the gap between the time the beam and the substrate surface is evaporated, the beam is bent to the substrate surface by the surface tension of the liquid, the final beams will occur a phenomenon not taken stuck to the substrate surface in . この貼り付き現象を回避するため、犠牲層除去後で且つ乾燥前に梁と基板との隙間に昇華性材料を浸透させて固化させた後、真空中で昇華させる方法が取られている。 To avoid this sticking phenomenon, after solidified by penetration of the sublimable material and before drying after the sacrificial layer removal in the gap between the beam and the substrate, a method of sublimating in vacuum have been taken. 具体的には、例えば、犠牲層除去のウエット状態を保ちながらアルコールへ置換後、更に昇華性材料であるパラジクロルベンゼンの加熱液体への置換を行い、大気中へ取りだして室温で固化させた後に、真空容器内に設置してパラジクロルベンゼンを昇華させていた。 Specifically, for example, after the replacement to the alcohol while maintaining the wet state of the sacrificial layer removed for further substitution of para heated liquid dichlorobenzene is sublimable material, after solidified at room temperature is taken out into the atmosphere had sublimed para-dichlorobenzene was placed in a vacuum vessel. カンチレバー等の作製においては、この様な昇華性材料を用いた貼り付き回避に関する工程が必要不可欠であり、この方法も未だ完全ではないので歩留まりを低下させる原因のひとつとなっていた。 In the production of the cantilever such, steps involved sticking avoid using such a sublimable material is is essential, it has become one of the causes of lowering the yield because it is not yet completely also this method.

【0008】また、従来の素子では図18に示したようにカンチレバー面が基板表面と同一平面内に形成されているため、探針を試料表面に近接して走査する際に、基板表面と試料表面を極めて接近させた状態で使用する必要があった。 Further, since the cantilever surface, as shown in FIG. 18 in the conventional device is formed in the same plane and the substrate surface, when scanning in proximity to probe the sample surface, the substrate surface and the sample It had to be used in a state where the surface was extremely to approximate.

【0009】このため基板上や基板周辺に形成される素子やワイヤーボンディング等の突起物が試料表面と接触し易くなるため、基板表面上の素子や配線の高さを極力小さく設計しなければならず、また基板を3軸方向へ駆動させる場合にも接触を避けるため細心の注意が必要であった。 [0009] Since the protrusions such as elements and wire bonding is formed on this order on a substrate and the substrate peripheral is liable to contact with the sample surface, should the height of the elements or wiring on the substrate surface as small as possible design It not, also was required great care to avoid contact even when driving the substrate into three axial directions. この問題は同一基板上へ複数のカンチレバーを配置し、マルチプローブとする場合より顕著となり、素子の設計及び駆動に多大な困難を要した。 This problem disposing a plurality of cantilevers on the same substrate, becomes remarkable than when the multi-probe, required a great deal of difficulty in the design and operation of the device.

【0010】従って本発明の目的は、上述したような従来技術が有する問題点に鑑み、簡易な構成で歩留まりの低下を防止し、また、カンチレバーの大きな変位による電気的なショートを回避し得るカンチレバー型変位素子や、試料表面を走査する際に試料表面と素子配線等との接触を防止し、より素子設計の自由度を増すことができるカンチレバー型変位素子を提供することにある。 Accordingly an object of the present invention, in view of the problems of the prior art as described above, to prevent a decrease in yield with a simple configuration, also may avoid electrical short circuits due to the large displacement of the cantilever cantilever or type displacement element, when scanning the sample surface to prevent contact between the sample surface and the element wiring, etc., to provide a cantilever type displacement element more can increase the degree of freedom of device design.

【0011】更に本発明の他の目的は、上記カンチレバー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブや走査型探針顕微鏡並びに情報処理装置等を提供することにある。 [0011] Still another object of the present invention is to provide a cantilever type probe or a scanning probe microscope and an information processing apparatus or the like using the above-mentioned cantilever type displacement element.

【0012】 [0012]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成すべく成された本発明は、第1に、基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対向する対向電極を有し前記基板上に設けられたカンチレバーとを備えたカンチレバー型変位素子において、前記基板と前記カンチレバーとの間で且つ該基板表面あるいは該カンチレバーの基板側の面に凸状部位を有することを特徴とするカンチレバー型変位素子であり、第2に、基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対向する対向電極を有し前記基板上に設けられたカンチレバーとを備えたカンチレバー型変位素子において、前記カンチレバーには前記対向電極より自由端側に突出した絶縁層が形成されていることを特徴とするカンチレバー型変位素子であり、第3に、基板の隆起部分に形成 Means and operation for solving the problems] The present invention made to achieve the above object, the first, the comprising a fixed electrode formed on a substrate, a counter electrode opposed to the fixed electrode in the cantilever type displacement element comprising a cantilever provided on a substrate, the cantilever and having a convex portion and a surface on the substrate side of the substrate surface or the cantilever between the substrate and the cantilever a type displacement element, the second, the cantilever type displacement element comprising a fixed electrode formed on a substrate, and a cantilever provided on the substrate having a counter electrode opposed to the fixed electrode, wherein the cantilever is a cantilever type displacement element, wherein an insulating layer that protrudes on the free end side of the counter electrode is formed, the third, formed on the raised portion of the substrate れた固定電極と、該固定電極に対向する対向電極を有し前記隆起部分に沿うようにして前記基板上に設けられたカンチレバーとを備えたカンチレバー型変位素子である。 A fixed electrode, a cantilever type displacement element comprising a cantilever provided on the substrate so as to along the raised portion having a counter electrode opposed to the fixed electrode.

【0013】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。 [0013] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0014】図1は本発明第1のカンチレバー型変位素子のカンチレバー自由端部に尖鋭な探針を設けて構成されるカンチレバー型プローブの一例を示しており、図1 [0014] Figure 1 shows an example of a composed cantilever probe provided cantilever of sharp free end tip of the present invention first cantilever type displacement element, FIG. 1
(a)は縦断面図、図1(b)は図1(a)のA−A' (A) is a longitudinal sectional view, FIG. 1 (b) FIGS. 1 (a) of A-A '
面での断面図である。 It is a cross-sectional view of a plane. 同図において101は基板、10 101 denotes a substrate in FIG, 10
2は絶縁膜、103は固定電極、104は固定電極10 2 an insulating film, 103 are fixed electrode 104 is fixed electrode 10
3上に形成された凸状部位、106は基板上に支持された導電性のカンチレバー、107は絶縁膜、108は探針である。 3 convex portion formed on the, 106 conductive cantilever supported on a substrate, 107 an insulating film, 108 is a probe. 本構成では、導電性のカンチレバー106のうち固定電極103に対向する部分が対向電極を兼ねており、これらの間に電圧を印加することで静電力により図1(b)の矢印の方向にカンチレバー106を変位させることができる。 In this configuration, the portion facing the fixed electrode 103 of the conductive cantilever 106 also serves as the counter electrode, the cantilever in the direction of the arrow in the drawing by the electrostatic force by applying a voltage between these 1 (b) 106 can be displaced.

【0015】本発明第1のカンチレバー型変位素子では凸状部位104を設けた事により、カンチレバー106 [0015] By providing the convex portion 104 in the present invention first cantilever type displacement element, cantilever 106
と基板101間に空隙105を形成するための犠牲層除去工程の後に基板を乾燥させる際に、昇華性の材料に置換する必要が無い。 And when the substrate is dried after the sacrificial layer removing step of forming air gaps 105 between the substrate 101, there is no need to replace the sublimable material. 即ち、カンチレバーと基板表面との間の液体が蒸発により減少する際にカンチレバーを基板側へ撓ませ、カンチレバーと基板とは接触するが、この時、カンチレバーと基板表面との接触面は前記凸状部位のみであり、この接触面積を小さくすることにより、カンチレバーが本来の形状に戻ろうとする力(バネ定数と変位量の積)が貼り付き力に打ち勝てば貼り付き現象は起こらない。 That is, the cantilever was deflected toward the substrate when the liquid between the cantilever and the substrate surface is reduced by evaporation, but contacts the cantilever and the substrate, this time, the contact surface between the cantilever and the substrate surface is the convex site is only by reducing the contact area, the cantilever force of returning to the original shape phenomenon sticking it can defeat the (a spring constant displacement of the product) is sticking force does not occur.

【0016】また前記凸状部位を絶縁性材料で形成した場合には、前記貼り付き防止効果を得られる事はもとより、固定電極と対向電極とが接近あるいは接触した際にも電気的なショートを防止する事が可能となり、素子及びその電気制御系の耐久性が向上する。 [0017] When the formation of the convex portion of an insulating material, not only do we obtained the sticking preventing effect, an electrical short-circuit even when the fixed electrode and the counter electrode are close to or in contact it becomes possible to prevent, to improve the durability of the device and the electrical control system.

【0017】図1に示した例では凸状部位を固定電極表面に形成しているが、これはカンチレバー側の対向電極表面であっても、また、これらの電極上でなくとも基板とカンチレバー間で且つ基板表面あるいはカンチレバーの基板面側に形成しても良い。 [0017] In the example shown in FIG. 1 are formed on the fixed electrode surface convex portion, even this is a counter electrode surface of the cantilever side and, between the substrate and the cantilever without a on these electrodes in and may be formed on the substrate surface side of the substrate surface or the cantilever. また前記凸状部位の形状や個数も特に限定されるものではなく、前述した貼り付き現象を防止できるように適宜設計することができる。 The shape and number of the convex portions is also not particularly limited, can be appropriately designed to prevent sticking phenomena described above.

【0018】次に、本発明第2のカンチレバー型変位素子について説明する。 Next, describing the present invention the second cantilever type displacement element.

【0019】図7は本発明第2のカンチレバー型変位素子のカンチレバー自由端部に尖鋭な探針を設けて構成されるカンチレバー型プローブの一例を示す概略図であり、201は基板、202は絶縁膜、203は固定電極である。 FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the present invention the second cantilever type displacement element of the cantilever free end provided with a sharp tip configured cantilever probe, 201 denotes a substrate, 202 an insulating film, 203 is a fixed electrode. カンチレバー部は対向電極206と絶縁層20 The cantilever portion and the counter electrode 206 insulating layer 20
7で構成されており、カンチレバー上には引き出し電極213が形成され、更に引き出し電極213上には情報の入出力のための探針208が形成されている。 7 is composed of, in the cantilever lead electrode 213 is formed, and further on the lead electrode 213 is probe 208 for information input and output forms.

【0020】カンチレバーを構成している絶縁層207 [0020] The insulating layer 207 that make up the cantilever
は、カンチレバーの自由端側に対向電極206よりも突出して形成されている。 It is formed protrudes from the counter electrode 206 on the free end side of the cantilever.

【0021】本構成では、固定電極203と対向電極2 [0021] In the present configuration, the fixed electrode 203 and the counter electrode 2
06との間に電圧を印加する事により、静電力でカンチレバーを基板面に垂直な方向に撓ませて変位させることができる。 By applying a voltage between the 06, it can be displaced by bending the cantilever in a direction perpendicular to the substrate surface by electrostatic force. このときカンチレバーの自由端部が一番大きく変位するが、基板側への変位量が大きい場合にも固定電極203は絶縁層207と接触し、対向電極とは接触しないため電極間の電気的なショートを回避できる。 In this case the free end of the cantilever is most greatly displaced, but the fixed electrode 203 is in contact with the insulating layer 207 is large displacement amount to the substrate side, electrical between electrodes for not in contact with the counter electrode possible to avoid a short circuit.

【0022】本発明第2のカンチレバー型変位素子において、上記電極間の電気的なショートの回避をより確実にするためには、図7に示したように固定電極203をカンチレバーの自由端方向に対向電極206よりも長く形成するのが好ましく、更には、図9に示されるようにカンチレバー自由端部の絶縁層207を基板面側に突出させ、カンチレバー自由端部の絶縁層と固定電極203 [0022] In the present invention the second cantilever type displacement element, to avoid electrical short between the electrodes in order to secure the fixed electrode 203 as shown in FIG. 7 the free end direction of the cantilever It is preferably formed greater than the counter electrode 206, and further, an insulating layer 207 of the cantilever free end as shown in FIG. 9 protrudes on the substrate surface, the insulating layer of the cantilever free end portion fixed electrode 203
との距離が、対向電極206と固定電極203との距離よりも短くするのが好ましい。 Distance that the, preferably shorter than the distance between the counter electrode 206 and the fixed electrode 203.

【0023】次に、本発明第3のカンチレバー型変位素子について説明する。 Next, describing the present invention a third cantilever type displacement element.

【0024】図11は本発明第3のカンチレバー型変位素子の特徴を最もよく表す構成図であり、図11(a) FIG. 11 is a block diagram best representing the feature of the present invention the third cantilever type displacement element, FIG. 11 (a)
は基板上面より見た平面図、図11(b)は図11 Plan view from the substrate top surface, FIG. 11 (b) 11
(a)中の破線A−A'における断面図である。 It is a cross-sectional view taken along dashed line A-A 'in (a).

【0025】図11において301は基板であり、30 [0025] In FIG 11 301 is a substrate, 30
2は固定部であり、303はカンチレバーである。 2 is a fixed unit, 303 is a cantilever. 基板上のカンチレバーの下となる部分には隆起部304が設けられており、カンチレバー303はこの隆起部304 The portion that becomes the lower the cantilever on the substrate is provided with raised portions 304, the cantilever 303 the raised portion 304
に沿うように上方へ傾斜している。 It is inclined upwardly along the. 隆起部304の上面には固定電極305が設けられており、またカンチレバー下面には対向電極306が形成されている。 The upper surface of the raised portion 304 is provided with a fixed electrode 305, also the counter electrode 306 is formed on the cantilever lower surface. 固定電極305及び対向電極306は基板上へ個別に引き出されており、それぞれ電圧印加する事が出来るようになっている。 Fixed electrode 305 and the counter electrode 306 are pulled out individually onto the substrate, so that it is possible to respectively voltage application.

【0026】本構成では、固定電極305と対向電極3 [0026] In the present configuration, the fixed electrode 305 and the counter electrode 3
06との間に電圧を印加することにより、静電力でカンチレバー303の先端部を基板面に垂直な方向に微少に変位させることができる。 By applying a voltage between the 06, it is possible to minutely displace the tip of the cantilever 303 in a direction perpendicular to the substrate surface by electrostatic force.

【0027】本発明第3のカンチレバー型変位素子は、 [0027] The present invention third cantilever type displacement element,
隆起部304上に固定電極305を設け、固定電極30 The fixed electrode 305 provided on the raised portion 304, the fixed electrode 30
5と対向電極306との間隔が大きくならないようにしているため、カンチレバー先端の駆動電圧当たりの変位量を減少させることなく、変位部分を基板面より遠ざけることができる。 Since the distance between the 5 and the counter electrode 306 is prevented from becoming large, without reducing the displacement per driving voltage of the cantilever tip, the displacement portions can be moved away from the substrate surface. このため基板上に配置する他の素子や配線の基板表面からの高さ方向の余裕を大きくすることができ、設計の自由度を増すことができる。 Therefore it is possible to increase the height direction of the margin from the substrate surface of the other elements and wirings disposed on a substrate, it is possible to increase the degree of freedom in design.

【0028】またカンチレバー自由端部に探針を設け、 [0028] In addition the probe provided on the cantilever free end,
走査型探針顕微鏡に用いた場合においても、試料表面と基板面との間隔が大きくとれるため、試料への接近や走査を行うときに試料と基板、その他周辺装置との接触を回避することが容易となる。 In the case of using a scanning probe microscopes, the interval between the sample surface and the substrate surface, can be increased, avoiding the contact between the sample and the substrate, other peripheral devices when performing the approach and scanning of the sample easy to become.

【0029】更に同一基板上へ本発明第3の複数のカンチレバー型変位素子を配し、半導体素子とともに集積化したデバイスや、それを用いた情報処理装置等においては、必然的に一緒に搭載される素子や配線、駆動機構等が多くなるため、試料表面と基板面との間隔が大きくとれることは設計、及び駆動時に有利となる。 The arranged invention third plurality of cantilever type displacement element further on the same substrate, the device and was integrated with the semiconductor device, in the information processing apparatus or the like using the same, are mounted inevitably together that elements and wiring, since the drive mechanism or the like is increased, the distance between the sample surface and the substrate surface, can be increased is advantageous in the design, and the drive.

【0030】以上説明した本発明第1〜第3のカンチレバー型変位素子において、基板材料としては、半導体、 [0030] In the first to third cantilever type displacement element present invention described above, the substrate material, semiconductor,
金属、ガラス、セラミックス等を用いることができるが、同一基板上に複数の素子を形成する場合には、表面凹凸の小さい材料が好ましく、例えばコーニング#70 Metal, glass, it can be used ceramics, in the case of forming a plurality of elements on the same substrate is less material preferably having surface irregularities, e.g. Corning # 70
59フュージョン、溶融石英、更には表面を研磨した# 59 Fusion, fused silica, and further polishing the surface #
7059、石英、シリコンウェハー等を用いることができる。 7059, may be used quartz, a silicon wafer or the like. また、基板上にトンネル電流を増幅処理するアンプ、素子駆動とトンネル電流の選択のためのマルチプレクサ、シフトレジスタ等を積載する場合には単結晶シリコンウェハーを用いる。 Further, in the case of stacking amplifier for amplifying processing a tunnel current on the substrate, a multiplexer for selecting the device driving the tunnel current, a shift register or the like using a single crystal silicon wafer.

【0031】また、素子の形成方法としては、従来公知の技術、例えば半導体産業で一般に用いられている真空蒸着法やスパッタ法、化学的気相成長法等の薄膜作製技術やフォトリソグラフ技術及びエッチング技術を適用することができ、その作製方法は本発明を制限するものではない。 Further, as a formation method for the device, conventionally known techniques, such as vacuum vapor deposition or sputtering are commonly used in the semiconductor industry, thin film forming techniques such as chemical vapor deposition and photolithographic techniques and etching It can be applied technology, a manufacturing method thereof are not intended to limit the present invention. また、上記説明では静電力で駆動変位する素子について述べたが、素子構成を変更することなく、静電容量検出型の素子として使用できることは明らかである。 Further, in the above description has been described device driven displaced by electrostatic force, without changing the device configuration, it is clear that that can be used as an element of an electrostatic capacitance detection type.

【0032】また、本発明のカンチレバー型変位素子のカンチレバー自由端部に尖鋭な探針を設けて構成されるカンチレバー型プローブは、探針を試料表面に接近させて走査する静電駆動型の走査型探針顕微鏡や、探針を試料表面に接触させて走査する静電容量型の走査型探針顕微鏡や、探針を記録媒体に近接させ、探針と記録媒体との間に電圧を印加して情報の記録及び/又は再生を行う情報処理装置、更には試料表面近傍へ電気的、化学的あるいは物理的作用等を及ぼす事で試料表面の特性を変化させる加工装置等に適用される。 Further, the cantilever type displacement element of the cantilever free end pointed cantilever probe constituted a probe provided on the present invention, scanning the probe of the electrostatic drive type scanning is brought closer to the sample surface application or type probe microscope, and the electrostatic capacitance type scanning probe microscope the probe scans in contact with the sample surface, is brought close to the probe to a recording medium, a voltage between the probe and the recording medium information processing apparatus for recording and / or reproducing information, and further is applied to the processing device or the like for changing the properties of the sample surface by exerting electrical, chemical or physical action such as the sample surface near.

【0033】 [0033]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 EXAMPLES Hereinafter, an embodiment of the present invention.

【0034】 実施例1図1に示したような本発明第1のカンチレバー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブを静電容量型AFM [0034] Example 1 capacitive AFM cantilever type probe using the present invention first cantilever type displacement element shown in FIG. 1
に適用した例を説明する。 The example of application to be described.

【0035】先ず、本実施例のカンチレバー型プローブの作製方法を図2を用いて説明する。 [0035] First, a method for manufacturing a cantilever-type probe of the present embodiment will be described with reference to FIG. (a)結晶面が(100)であるシリコン基板101表面に、窒化シリコン膜102を化学的気相成長(CV (A) on the surface of the silicon substrate 101 is a crystal plane (100), chemical vapor deposition of silicon nitride film 102 (CV
D)法により厚さ約0.5μm堆積した。 It was about 0.5μm deposited thickness by D) method. 次に、タングステン膜を通常のスパッタ成膜法により厚さ約0.5μ Next, a thickness of about 0.5μ tungsten film by a conventional sputtering method
m堆積後、通常のフォトリソエッチング法によりパターニングして固定電極103とした。 After m deposition was fixed electrode 103 is patterned by conventional photolithographic etching method. (b)窒化シリコン膜102を成膜したのと同様に、C (B) in the same manner as the silicon nitride film 102 was deposited, C
VD法により窒化シリコンを厚さ約0.5μm堆積後、 After a thickness of about 0.5μm deposited silicon nitride by VD method,
通常のフォトリソエッチング法によりパターニングして凸状部位104とした。 And a convex portion 104 is patterned by conventional photolithographic etching method. ここで、凸状部位となる材料を本実施例の様に絶縁体で作製すれば、作製プロセスにおいてカンチレバーをリリースする際の貼り付き防止効果と、固定電極・対向電極間のショート防止効果との両方の効果が得られる。 Here, if making the material for the convex portion with an insulator as in the present embodiment, the sticking preventing effect when releasing the cantilever in the fabrication process, the short circuit prevention effect between the fixed electrode and the opposing electrode both effects can be obtained. また、凸状部位を金属等の導電性材料で作製した場合は、貼り付き防止効果が得られる。 In the case of manufacturing a convex portion of a conductive material such as metal, it is sticking preventing effect is obtained. (c)犠牲層109として、酸化シリコンをバイアススパッタ法により厚さ約2μm堆積した。 As (c) the sacrificial layer 109, and about 2μm deposited thickness by silicon oxide bias sputtering. ここで、バイアススパッタ法を用いたのは犠牲層109の表面を図の様に平滑にするためであり、犠牲層表面を平滑にできる方法であればバイアススパッタ法に限らない。 Here, using a bias sputtering method is for the purpose of smooth as in FIG surface of the sacrificial layer 109 is not limited to the bias sputtering as long as it is a method capable of sacrificial layer surface smooth. 犠牲層10 Sacrificial layer 10
9の表面が凸状部位104の形状を反映した凸形状となると、犠牲層の上層に形成するカンチレバーの基板側の面がその反転形状(凹形状)となり、犠牲層除去時に基板面とカンチレバー面との接触面積が大きくなるので貼り付き易くなる。 When the surface 9 is convex shape reflecting the shape of the convex portion 104, the substrate-side surface is the reverse shape of the cantilever to form the upper layer of the sacrificial layer (concave shape), and the substrate surface during the sacrificial layer is removed and the cantilever surface easily sticking the contact area increases with. また、ショートする可能性も有り、本発明の効果が低下する。 Further, there is also the possibility of short circuit, the effect of the present invention is reduced.

【0036】更に、化学的気相成長法により多結晶シリコン膜106を厚さ約1.2μm堆積し、リンイオンを約1×10 16 cm -2注入した後に、化学的気相成長法により厚さ約0.3μmの窒化シリコン膜107を形成した。 Furthermore, the polycrystalline silicon film 106 to a thickness of about 1.2μm is deposited by chemical vapor deposition, after approximately 1 × 10 16 cm -2 injection phosphorus ions, the thickness by chemical vapor deposition of to form a silicon nitride film 107 of about 0.3 [mu] m. 窒素雰囲気で1100℃、60分の活性化熱処理を行った後に、多結晶シリコン膜106と窒化シリコン膜107とを、通常のフォトリソエッチング法でパターニングしてカンチレバー状にした。 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere, after the activation heat treatment for 60 minutes, and a polycrystalline silicon film 106 and the silicon nitride film 107, and the cantilever is patterned by ordinary photolithography etching method. (d)カンチレバーの先端付近に、Spindt法によるタングステンの探針108を形成した。 (D) the tip vicinity of the cantilever, to form a probe 108 of tungsten by Spindt method. この探針の形成に関しては、斜方蒸着を用いたSpindt法の他に、電解研磨法によるタングステンワイヤ探針を接着する方法など、作製方法は問わない。 For the formation of the probe, in addition to the Spindt method using oblique deposition, and a method of bonding a tungsten wire probe by electrolytic polishing, regardless manufacturing method. (e)酸化シリコン犠牲層109をバッファードフッ酸液でエッチング除去した後、アルコールに置換してから基板を乾燥した。 (E) After the silicon oxide sacrificial layer 109 is removed by etching with buffered hydrofluoric acid solution, to dry the substrate after replacing the alcohol. カンチレバー106と固定電極104 Cantilever 106 and the fixed electrode 104
との間に空隙105が得られ、カンチレバー型プローブの作製工程が終了した。 Gap 105 is obtained between the step of producing the cantilever probe is completed.

【0037】本実施例では、上記の基板乾燥時において、カンチレバーが基板表面側へ撓み、基板表面に貼り付きそうになるが、これらの接触面積が十分小さい凸状部位だけであるため、乾燥時にカンチレバーのバネ性によりリリースされ、貼り付きは発生しなかった。 [0037] In this embodiment, when the substrate drying described above, the cantilever is bent to the front surface of the substrate, becomes likely to stick to the substrate surface, since these contact areas is only sufficiently small convex portion, when dry released by the spring of the cantilever, it is sticking did not occur. これにより、従来法の様な昇華性材料を用いた工程を簡略化できるとともに、歩留まりが向上した。 Thus, it is possible to simplify the process using a sublimable material, such as the conventional method, yield was improved.

【0038】以上のようにして作製したカンチレバー型プローブを用いて図6に示す装置を構成した。 [0038] it was constructed the apparatus shown in FIG. 6 with the cantilever type probe prepared as described above. 図6は静電容量型AFM、更には静電駆動型STMとしても用いる事ができる構成としているため、カンチレバー型プローブの探針108はカンチレバー上に形成される引き出し電極(AFMでは不要)上に形成されているように示してある。 Figure 6 is capacitive AFM, even because of the configured which can be used as an electrostatic drive type STM, the probe 108 of the cantilever type probe is formed on the extraction electrode formed on the cantilever (not required for AFM) It is shown as being formed.

【0039】120は試料、121は固定電極配線、1 [0039] 120 samples, 121 fixed electrode wiring, 1
22は対向電極を兼ねるカンチレバーへの配線、123 22 wiring to cantilever serving as a counter electrode, 123
は静電容量検出ユニット(STMでは静電駆動ユニット)である。 Is the capacitance detection unit (electrostatic drive unit in STM). また、124はトンネル電流検出ユニット、125は引き出し電極用配線、126は試料配線であり、これらはAFMでは不要である。 Further, 124 tunnel current detection unit, 125 wiring lead-out electrode, 126 is a sample line, which are necessary in AFM. 尚、カンチレバー型プローブを試料表面に沿って2次元移動させるための素子及び電気制御系は省略してある。 The element and the electrical control system for the cantilever probe is moved two-dimensionally along the surface of the sample is omitted.

【0040】図6に示した装置を用いて試料表面のAF The AF of the sample surface by using the apparatus shown in FIG. 6
M像を観察したところ、凸状部位を有しない従来のカンチレバー型プローブと同様のAFM像が得られ、この時、表面に空隙105程度の凹凸のある試料であっても、対向電極と固定電極との間で電気的なショートは起こらず、従来のカンチレバー型プローブを用いた時の様に損傷する事がなく、装置の耐久性が向上した。 Observation of the M images, similar AFM images were obtained with the conventional cantilever probe does not have a convex region, this time, be a sample with about gap 105 uneven surface, the counter electrode and the fixed electrode electrical short circuits did not occur between, without damaging as when using a conventional cantilever type probe, and improved durability of the device.

【0041】 実施例2本発明第1のカンチレバー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブを静電容量型AFMに適用した別の例を説明する。 [0041] Another example of applying the cantilever probe with Example 2 the present invention first cantilever type displacement element in capacitive AFM will be described.

【0042】図3に本実施例のカンチレバー型プローブを示す。 [0042] A cantilever type probe of the present embodiment in FIG. 図3(a)はカンチレバー型プローブの主要部分について、分かり易くする為にカンチレバーを点線で示した模式的平面図であり、図3(b)は図3(a)のA−A'断面を、図3(c)は図3(a)のB−B'断面を、それぞれ模式的に示したものである。 Figure 3 (a) for the main portion of the cantilever probe is a schematic plan view showing a cantilever by a dotted line in order to facilitate understanding, FIG. 3 (b) 3 to A-A 'cross section of the (a) FIG. 3 (c) a cross section B-B 'in FIG. 3 (a), in which respectively schematically shown.

【0043】図3において図1中の符号と同一符号で示したものは同等部材を示しており、110は絶縁膜(窒化シリコン)102と一体の窒化シリコンの突起、11 [0043] those indicated at the same reference numerals in FIG. 1 in FIG. 3 shows an equivalent member, 110 projections of silicon nitride integral with the insulating film (silicon nitride) 102, 11
1は突起110の形状を反映した固定電極(タングステン)103表面の凸状部位、112は固定電極103の配線である。 1 convex portion of the fixed electrode (tungsten) 103 surface which reflects the shape of the projection 110, 112 is a wiring of the fixed electrode 103.

【0044】本実施例においては、凸状部位111のもととなる薄膜による突起を窒化シリコン膜102の一部で形成した。 [0044] In this embodiment, to form the projections by a thin film to be under convex portion 111 at a portion of the silicon nitride film 102. 即ち、シリコン基板101表面に窒化シリコンを厚く堆積したのち、通常のフォトリソエッチング法により、突起110が点状に残るようにパターニングした。 That, after thickly depositing the silicon nitride surface of the silicon substrate 101 by a conventional photolithographic etching process, the projections 110 are patterned to remain point-like. その後に、固定電極103として全面にタングステンを堆積した。 It was subsequently depositing tungsten over the entire surface as the fixed electrode 103. 従って、カンチレバーを固定電極側へ大きく変位させるとショートする可能性がある。 Therefore, there is a possibility that a short circuit when greatly displace the cantilever to the fixed electrode side. 本実施例において、その他の製造方法については、基本的には実施例1と同様なので省略する。 In the present embodiment, for the other manufacturing method, since basically the same manner as in Example 1 is omitted.

【0045】本実施例は、凸状部位を複数の点状として凸状部位の面積を更に減らした事が特徴であり、貼り付きやすい柔らかな(バネ定数が小さい)カンチレバーでも、前述した基板乾燥時に基板表面に貼り付かない特徴がある。 [0045] This embodiment is further reduced and it is characterized in the area of ​​the convex portion of the convex portion as a plurality of point-like, (small spring constant) that stick attached easily soft in cantilever substrate drying described above there is a feature that sometimes do not stick to the surface of the substrate. このため、実施例1と同様に製造工程が簡略化されるとともに歩留まりが向上し、更にはカンチレバーの設計の自由度が増す。 Therefore, similarly manufacturing process as in Example 1 is improved yield while being simplified, more freedom in the design of the cantilever increases. また、本実施例のカンチレバー型プローブを実施例1と同様に図6に示したAFM装置に組み込み試料表面のAFM像を観察したところ、凸状部位を有しない従来のカンチレバー型プローブと同様のAFM像が得られた。 Moreover, when the AFM apparatus shown similarly in FIG. 6 a cantilever type probe of the present embodiment as in Example 1 was observed AFM images of the embedded sample surface, similar AFM and conventional cantilever type probe having no convex portion image was obtained.

【0046】 実施例3本発明第1のカンチレバー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブを静電駆動型STMに適用した例を説明する。 [0046] The example of applying the cantilever probe with Example 3 the present invention first cantilever type displacement element in electrostatic drive type STM will be described.

【0047】図4に本実施例のカンチレバー型プローブを示す。 [0047] A cantilever type probe of the present embodiment in FIG. 図4(a)はカンチレバー型プローブの主要部分について、分かり易くする為にカンチレバーを点線で示した模式的平面図であり、図4(b)は図4(a)のA−A'断面を、図4(c)は図4(a)のB−B'断面を、それぞれ模式的に示したものである。 Figure 4 (a) for the main portion of the cantilever probe is a schematic plan view showing a cantilever by a dotted line in order to facilitate understanding, FIG. 4 (b) FIG. 4 the A-A 'cross section of (a) FIG. 4 (c) 4 a cross section B-B 'of (a), in which respectively schematically shown.

【0048】図4において図1中の符号と同一符号で示したものは同等部材を示しており、103a,103b [0048] those indicated at the same reference numerals in FIG. 1 in FIG. 4 shows the same members, 103a, 103b
は固定電極、112a,112bは固定電極103a, Fixed electrodes, 112a, 112b are fixed electrode 103a is,
103bの配線、113は絶縁膜107上に形成した引き出し電極である。 103b of the wiring, 113 is a lead-out electrode formed on the insulating film 107.

【0049】固定電極を2つの電極に分割したのは、電圧印加により固定電極・対向電極間に形成される電界を不均一とし、カンチレバーを捻る事により探針108の先端を2軸変位させるためである。 [0049] to that dividing the fixed electrode into two electrodes, the electric field formed between the fixed electrode and the opposing electrode by the voltage applied to uneven, because the tip of the probe 108 is biaxially displaced by twisting the cantilever it is. 絶縁性の凸状部位1 Insulating convex portion 1
04としては、窒化シリコン膜をパターニングして用いた。 The 04 were used to pattern the silicon nitride film. それ以外の部位の材料や基本的な製造方法については、実施例1あるいは実施例2と同様なので省略する。 For other sites of materials and basic method for manufacturing a omitted because it is the same as in Example 1 or Example 2.

【0050】本実施例の構成においても、実施例1と同様に製造時の貼り付き現象の防止、及び駆動時の電気的なショートの防止効果がある。 [0050] In the configuration of this embodiment, prevention of sticking phenomenon during prepared as in Example 1, and there is an electrical short-circuit preventing effect during driving. 本実施例のカンチレバー型プローブを用いて図6に示したようなSTM装置を構成し試料表面の観察を行ったところ、基本的には凸状部位を有しない従来型のものとほぼ同様の特性を示した。 Was subjected to observation of such STM device constitutes a specimen surface shown in Fig 6 with the cantilever type probe of the present embodiment, substantially the same characteristics as basically conventional having no convex portion showed that.
但し、表面の凹凸が大きい試料においても、対向電極と固定電極とが電気的にショートする事がなく、装置の耐久性が向上した。 However, even in the sample unevenness is large on the surface, a counter electrode and the fixed electrode is electrically it is not a short circuit, with improved durability of the apparatus.

【0051】 実施例4本発明第1のカンチレバー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブを静電駆動型STMに適用した別の例を説明する。 [0051] Another example of applying the cantilever probe with Example 4 the present invention first cantilever type displacement element in electrostatic drive type STM will be described.

【0052】図5に本実施例のカンチレバー型プローブを示す。 [0052] A cantilever type probe of the present embodiment is shown in FIG. 図5(a)はカンチレバー型プローブの主要部分について、分かり易くする為にカンチレバーを点線で示した模式的平面図であり、図5(b)は図5(a)のA−A'断面を、図5(c)は図5(a)のB−B'断面を、それぞれ模式的に示したものである。 5 (a) is the key part of the cantilever probe is a schematic plan view showing a cantilever by a dotted line in order to facilitate understanding, an A-A 'section in FIG. 5 (b) FIGS. 5 (a) , FIG. 5 (c) a cross section B-B 'in FIG. 5 (a), in which respectively schematically shown.

【0053】図5において図4中の符号と同一符号で示したものは同等部材を示している。 [0053] those indicated at the same reference numerals in FIG. 4 in FIG. 5 shows the same member. 基本的な製造方法については、実施例1と同様なので省略する。 The basic manufacturing method is omitted because it is the same as in Example 1. ただし実施例1から実施例3では、凸状部位104を固定電極側に形成したが、本実施例では対向電極を兼ねるカンチレバーの裏側(基板側の面)に形成した。 However, in the first to third embodiments has formed the convex portions 104 on the fixed electrode side was formed on the back side of cantilever serving as a counter electrode (surface on the substrate side) in this embodiment. この凸状部位による、対向電極・固定電極間のショート防止及び貼り付き現象を回避する効果については、固定電極側へ作製した実施例1から3と大きな差異はない。 The by convex portions, the effect of avoiding short prevention and sticking phenomenon between the opposite electrode and the stationary electrode is not 3 major difference from Example 1 manufactured to the fixed electrode side. 但し、凸状部位が付加された事により、カンチレバーの共振周波数及びバネ定数は若干高くなるので考慮が必要であり、必要以上に大きな凸状部位を設ける事は望ましくない。 However, by convex portion is added, the resonant frequency and spring constant of the cantilever is necessary to consider so slightly higher, it is not desirable to provide a large convex portion than necessary.

【0054】同様の構成でありながら、凸状部位を設けない従来のカンチレバー型プローブを図6に示したようなSTM装置に組み込んで使用した場合では、カンチレバーを大きく撓ませた時に、対向電極と固定電極との間で電気的にショートする場合があったが、本構成とする事により改善された。 [0054] While a similar configuration, in the case of using incorporate conventional cantilever probe without the convex portion to the STM apparatus shown in FIG. 6, when flexed large cantilever, and a counter electrode in some cases electrically shorting between the fixed electrode, but was improved by making the present structure. また、製造プロセスにおいても、 Also, in the manufacturing process,
本実施例の凸状部位を有するカンチレバーは、犠牲層除去後にも基板へ貼り付くことなく容易にリリースする事が可能であった。 Cantilever having a convex portion of this example was can be readily released without sticking also to the substrate after the sacrificial layer removal.

【0055】 実施例5図5に示した実施例4におけるカンチレバー型プローブを組み込んだ図6に示したようなSTM装置を、加工装置として使用した例について説明する。 [0055] The STM apparatus shown in FIG. 6 incorporating the cantilever-type probe in accordance with the embodiment 4 shown in Embodiment 5 FIG. 5, an example of using as a processing device.

【0056】凸状部位を有するカンチレバー型プローブ及び試料としてのGaAsウエハとを真空容器内に設置して、反応性ガスとして塩素を導入した状態でSTM観察する事により、GaAs試料表面を局所的にエッチング可能であった。 [0056] installed and GaAs wafer as a cantilever probe and the sample having a convex portion in a vacuum chamber, by STM observation while introducing chlorine as the reactive gas, the GaAs sample surface locally It was possible etching. また、反応性ガスとしてWF 6を導入する事により、試料表面のSTM観察した部分にのみW Further, by introducing the WF 6 as a reactive gas, only the STM observation portion of the sample surface W
を堆積する事が可能であった。 It was possible to deposit. この様に、本発明第1による凸状部位を有するカンチレバー型プローブを加工装置に組み込んで使用する事も可能であった。 Thus, it was also possible to use built into the processing apparatus cantilever probe having a convex portion according to the present invention first.

【0057】実施例1〜5で説明したように、本発明第1による凸状部位を有するカンチレバー型プローブをA [0057] As described in Examples 1-5, a cantilever-type probe having a convex portion according to the present invention a 1 A
FM、STM、加工装置として用いる事が可能であり、 FM, STM, it is possible to use as a processing apparatus,
それらの複合装置として用いることが可能であった。 It was possible to use as their composite devices.

【0058】 実施例6図7に示したような本発明第2のカンチレバー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブをSTM装置に適用した例を説明する。 [0058] The example of applying the cantilever probe with the present invention the second cantilever type displacement element shown in Example 6 7 to STM apparatus.

【0059】先ず、本実施例におけるカンチレバー型プローブの作製方法を、図8の製造工程を示す断面図を用いて説明する。 [0059] First, a manufacturing method of a cantilever type probe according to this embodiment will be described with reference to cross-sectional views showing a manufacturing process of FIG.

【0060】熱酸化膜202が5000Å形成されたS [0060] S the thermal oxide film 202 is 5000Å formed
i基板201の表面に、スパッタ法によりアルミニウム膜を1000Å成膜し、フォトエッチング法によりパターン形成を行い固定電極203を形成した。 On the surface of the i substrate 201, an aluminum film is 1000Å by a sputtering method to form a fixed electrode 203 performs patterning by photo-etching method. 続いて、犠牲層209として酸化亜鉛をスパッタ法により成膜し、 Then, zinc oxide was formed by sputtering as the sacrificial layer 209,
フォトエッチング法によりパターン形成を行った。 A pattern was formed by photoetching. 更に、レジストパターン形成後、スパッタ法によりアルミニウム膜を3000Å成膜し、リフトオフ法によりパターン形成を行い対向電極206を形成した。 Further, after the resist pattern formation, the aluminum film is 3000Å ​​by a sputtering method to form a counter electrode 206 performs patterning by a lift-off method. このとき、 At this time,
対向電極206は熱酸化膜202と犠牲層209上に跨がるように形成され、更に犠牲層209上の端部221 Counter electrode 206 is formed so as to extend over on the thermal oxide film 202 and the sacrificial layer 209, the end portion 221 further on the sacrificial layer 209
の位置は固定電極203の端部222より5μm短く形成した(図8(a)参照)。 Position 5μm was formed shorter than the end portion 222 of the fixed electrode 203 (see FIG. 8 (a)).

【0061】次に、スパッタ法により酸化シリコン膜を1μm成膜し、フォトエッチング法により対向電極20 Next, a silicon oxide film is 1μm formed by a sputtering method, the counter electrode 20 by photoetching
6を覆うようにパターン形成を行い絶縁層207を形成した。 Forming an insulating layer 207 performs a pattern formation 6 so as to cover. この時、固定電極203の端部222上に絶縁層207の端部223が合うように形成した(図8(b) At this time, the end portion 223 of the insulating layer 207 was formed to suit on the end portion 222 of the fixed electrode 203 (FIG. 8 (b)
参照)。 reference).

【0062】次に、真空蒸着法により金を3000Å成膜し、フォトエッチング法により絶縁層207上に引き出し電極213を形成した(図8(c)参照)。 Next, to 3000Å ​​deposited gold by vacuum evaporation to form a lead-out electrode 213 on the insulating layer 207 by a photo-etching method (see FIG. 8 (c)).

【0063】次に、引き出し電極213上に探針208 Next, the probe on the lead electrode 213 208
を形成した後、犠牲層209の酸化亜鉛を酢酸水溶液で除去することにより、カンチレバー型プローブを得た(図8(d)参照)。 After forming a zinc oxide of the sacrificial layer 209 is removed by aqueous acetic acid, to give the cantilever probe (see FIG. 8 (d)).

【0064】以上のようにして作製した長さ400μ [0064] The above manner, the length 400μ prepared
m、幅100μmのカンチレバー型変位素子の対向電極と固定電極に電圧を印加しカンチレバーを変位させたところ、基板面に垂直な方向(Z方向)に0.2μm/V m, was displaced applied to cantilever a voltage to the counter electrode and the fixed electrode of the cantilever type displacement element of width 100 [mu] m, perpendicular to the substrate surface (Z direction) to 0.2 [mu] m / V
で変位することがわかった。 In it it was found to be displaced. さらに該カンチレバー型プローブをSTM装置に組み込み評価を行った。 Was further built evaluate the cantilever type probe to the STM device.

【0065】図10はSTM装置のブロック図であり、 [0065] Figure 10 is a block diagram of an STM apparatus,
図中231はバイアス印加用電源、232はトンネル電流増幅回路、233はカンチレバー駆動用ドライバ、2 Figure 231 bias application power source, the tunnel current amplifying circuit 232, 233 denotes a cantilever driver for driving, 2
34はカンチレバー型変位素子、235はサンプル、2 34 denotes a cantilever type displacement element, 235 samples, 2
36はXY方向微動機構である。 36 is an XY direction fine movement mechanism. ここで探針208とサンプル235との間を流れるトンネル電流Itを検知し、Itが一定となるようにフィードバックをかけ、カンチレバーを駆動し、探針208とサンプル235との間隔を一定に保っている。 Here detecting a tunnel current It flowing between the probe 208 and the sample 235, It fed back so that a constant, and driving the cantilever, at a distance between the probe 208 and the sample 235 constant there. ここでサンプル235にはシリコン上に金を500Å蒸着したものを用い、バイアス電流1nA、スキャンエリア1μm×1μmで観察したところ、粒径300Å程度の金のSTM像を再現性良く得ることができた。 Here used as the gold was 500Å deposited on the silicon in the sample 235, the bias current 1 nA, was observed with a scanning area 1 [mu] m × 1 [mu] m, it was possible to obtain an STM image of gold having a particle size of about 300Å reproducibly . 更に、連続してSTM動作を行ったが対向電極と固定電極とが電気的にショートする事がなく、装置の耐久性が向上した。 Furthermore, it was subjected to STM operation continuously without be fixed electrode and the counter electrode is electrically shorted, with improved durability of the apparatus.

【0066】尚、カンチレバー型変位素子の所望の応答性ならびに剛性を必要とする場合は、カンチレバーの長さ、厚さを変える等の設計を行えば良い。 [0066] In the case that requires a desired response as well as the stiffness of the cantilever type displacement element, the length of the cantilever may be performed like the design changing the thickness.

【0067】 実施例7本発明第2のカンチレバー型変位素子を用いたカンチレバー型プローブの別の例を説明する。 [0067] Another example of a cantilever type probe using Example 7 This invention second cantilever type displacement element will be described.

【0068】図9は本実施例のカンチレバー型プローブの概略図であり、カンチレバーの絶縁層207の形状を変更した以外は実施例6と同様にカンチレバー型プローブを作製した。 [0068] Figure 9 is a schematic view of a cantilever type probe of the present embodiment, except for changing the shape of the cantilever of the insulating layer 207 was fabricated cantilever probe in the same manner as in Example 6. 具体的には図8(a)の工程で、対向電極206の形成後、対向電極206をマスクとして犠牲層209を2000Åエッチングし、犠牲層209に段差を設けた後、絶縁層207を成膜しパターン形成を行うことにより、図9に示すような形状を持つカンチレバー型プローブを作製した。 Deposition specifically at the step of FIG. 8 (a), after the formation of the counter electrode 206, the sacrificial layer 209 to 2000Å etching the counter electrode 206 as a mask, after providing a step on the sacrificial layer 209, the insulating layer 207 by performing pattern formation, to produce a cantilever type probe having a shape as shown in FIG. このカンチレバー型プローブを用いて図10に示したようなSTM装置を構成し、実施例6と同様に評価したところ、実施例6と同様の結果を得た。 The cantilever with a probe constitute STM apparatus as shown in FIG. 10 was evaluated in the same manner as in Example 6 to obtain the same results as in Example 6.

【0069】更に、本発明第2によるカンチレバー型プローブは、先に説明した本発明第1によるカンチレバー型プローブと同様に、AFM,STM,加工装置、及びそれらの複合装置に適用することができる。 [0069] Further, the cantilever type probe according to the invention the second, like the cantilever probe according to the invention first described above can be applied AFM, STM, processing equipment, and their composite devices.

【0070】 実施例8本実施例は図11に示したような本発明第3のカンチレバー型変位素子を作製したものであり、図12を用いてその製造方法を説明する。 [0070] EXAMPLE 8 This example is obtained by making the present invention a third cantilever type displacement element shown in FIG. 11, the manufacturing method will be described with reference to FIG. 12.

【0071】先ず面方位(100)の単結晶シリコン基板301の表面へ、減圧CVD法によりSi 34を3 [0071] the first plane orientation (100) surface of the single crystal silicon substrate 301, a Si 3 N 4 by a low pressure CVD method 3
00nm成膜し保護膜とする。 00nm and the formed protective film. その後フォトリソグラフを行いレジストパターン311を形成した(図12 Then a resist pattern was formed 311 performs photolithographic (12
(a)参照)。 (A) see).

【0072】次に面方位によりエッチング速度が大きく異なることを利用した、シリコン異方性エッチングを行い(111)面が露出した隆起部304を形成した(図12(b)参照)。 [0072] By following a plane orientation using the etching rate greatly different performs anisotropic silicon etching (111) plane was formed ridges 304 which is exposed (see FIG. 12 (b)).

【0073】次にスパッタ蒸着により密着性確保のためCrを1nm程度蒸着した後、Auを100nm蒸着し電極膜312を形成した(図12(c)参照)。 [0073] Then after the Cr for adhesion ensured by sputter deposition is deposited about 1 nm, to form an electrode film 312 to 100nm deposited Au (see FIG. 12 (c)).

【0074】次にフォトリソグラフにより電極膜312 [0074] Then the electrode film 312 by photolithography
の不要部分をエッチング除去し、固定電極305を形成した(図12(d)参照)。 Unnecessary portions of the etched away to form the fixed electrode 305 (see FIG. 12 (d)).

【0075】次にスパッタ蒸着によりZnOを2μm成膜し、犠牲層膜313を形成した(図12(e)参照)。 [0075] The ZnO was 2μm deposited by sputter deposition were then forming a sacrificial layer film 313 (see FIG. 12 (e)).

【0076】次にフォトリソグラフにより犠牲層膜31 [0076] Next, the sacrificial layer film 31 by photolithography
3の不要部分をエッチング除去し犠牲層314を残した(図12(f)参照)。 3 of an unnecessary portion leaving the sacrificial layer 314 is removed by etching (see FIG. 12 (f)).

【0077】更にこの上にスパッタ蒸着によりCrを1 [0077] Furthermore, the Cr by sputter deposition on this one
0nm成膜し、Auを200nm形成したのち、再びC And 0nm deposition, after 200nm form Au, again C
rを10nm蒸着した。 The r was 10nm deposition. こうして形成された電極膜の不要部分をエッチング除去し、対向電極306を形成した(図12(g)参照)。 Unnecessary portions of the thus formed electrode film is etched and removed to form a counter electrode 306 (see FIG. 12 (g)).

【0078】次にスパッタ蒸着によりSiO 2を1μm [0078] then 1μm the SiO 2 by sputter deposition
成膜し、弾性層315を形成した(図12(h)参照)。 Deposited to form a resilient layer 315 (see FIG. 12 (h)).

【0079】再びフォトリソグラフを行い、弾性層31 [0079] carried out again photolithography, the elastic layer 31
5の不要部分をエッチング除去し、カンチレバー303 Unnecessary portions of the 5 was etched away, the cantilever 303
となる部分を残した(図12(i)参照)。 Leaving a portion to be a (see FIG. 12 (i)).

【0080】最後に犠牲層314をドライエッチングにより除去することにより、基板上にカンチレバー303 [0080] Finally, by the sacrificial layer 314 is removed by dry etching, the cantilever 303 on the substrate
が形成され、カンチレバー型変位素子を得た(図12 There are formed, to obtain a cantilever type displacement element (Fig. 12
(j)参照)。 (J) reference).

【0081】ここで、エッチングに用いた溶液やガスは、Auに対してはKI:I 2水溶液、Crに対しては(NH 42 Ce(NO 36 :HClO 4水溶液、Z [0081] Here, a solution or a gas used for etching, for Au KI: I 2 aqueous solution, for Cr (NH 4) 2 Ce ( NO 3) 6: HClO 4 aqueous solution, Z
nOに対しては酢酸水溶液を用いた。 Using aqueous acetic acid for nO. またSiの異方性エッチングにはKOH水溶液を用い、ドライエッチングにはCF 4ガスを用いた。 The anisotropic etching of Si addition with KOH aqueous solution, the dry etching using CF 4 gas.

【0082】なお、電極、犠牲層、弾性層として用いた物質は上記に限定されるものではなく他の物質を用いることも可能である。 [0082] The electrode, the sacrificial layer, substances used as the elastic layer is also possible to use other materials is not limited to the above.

【0083】以下に、本実施例で作製したカンチレバー型変位素子の主要部の寸法の一例を示す。 [0083] The following shows an example of the dimensions of the main portion of the cantilever type displacement element manufactured in this embodiment.

【0084】 隆起部304の高さ : 280μm 隆起部304の傾斜部の長さ : 350μm カンチレバー303の長さ : 360μm カンチレバー303の幅 : 50μm 本実施例のカンチレバー型変位素子は、カンチレバーの変位部先端を基板面から遠ざけることができたにもかかわらず、カンチレバーの寸法が等しい従来の素子と同程度の駆動電圧当たりの変位量が得られた。 [0084] The height of the raised portion 304: inclined portion of the length of 280μm ridges 304: length of 350μm cantilever 303: 360 .mu.m cantilever 303 width: 50 [mu] m cantilever type displacement element of this embodiment, the displacement tip of the cantilever despite could be kept away from the substrate surface, the displacement amount per driving voltage of a conventional comparable with element dimensions are equal cantilever is obtained.

【0085】 実施例9図13に本実施例のカンチレバー型プローブを示す。 [0085] A cantilever type probe of the present embodiment in Example 9. FIG 13. 図13(a)は上面図であり、図13(b)は図13 13 (a) is a top view, FIG. 13 (b) 13
(a)中の破線A−A'における断面図である。 It is a cross-sectional view taken along dashed line A-A 'in (a).

【0086】本実施例のカンチレバー型プローブは、実施例8の構成に加えて、カンチレバー先端位置に導電性の探針321とこれに接続された引き出し電極322を新たに設けたものである。 [0086] cantilever probe of the present embodiment, in addition to the structure of Example 8 is a lead electrode 322 connected thereto a conductive probe 321 to the cantilever tip position that newly provided.

【0087】上記の探針321は、引き出し電極322 [0087] The probe 321, extraction electrode 322
を蒸着とフォトリソグラフにより形成したのち、フォトレジストを5μm塗布し、探針321を形成する位置のみレジストを除去し開口部を形成し、斜め方向からの真空蒸着と基板回転を組み合わせることにより形成した。 After forming by deposition and photolithographic, a photoresist is 5μm applied to remove the location only resist to form a probe 321 to form an opening was formed by combining the vacuum deposition and the substrate rotation from an oblique direction .
この方法はアスペクト比の高い微小構造物を形成する方法として知られている。 This method is known as a method for forming a high aspect ratio microstructure.

【0088】本実施例のカンチレバー型プローブは走査型探針顕微鏡のプローブとして用いることができる。 [0088] cantilever probe of the present embodiment can be used as a probe of a scanning probe microscope. 例えば、探針321の先端を導電性の試料表面に数nm程度まで接近させた時に流れるトンネル電流を検出し、カンチレバーの駆動電圧にフィードバックをかけ探針32 For example, detecting a tunnel current flowing when brought close to the tip of the probe 321 to about several nm to a conductive specimen surface, the probe fed back to the driving voltage of the cantilever 32
1と試料表面との距離を一定に保つことができる。 It is possible to keep the distance between the 1 and the sample surface constant. このような状態でカンチレバーを外部の走査手段により試料面内方向に走査させることにより、フィードバック電圧の変化より試料表面の微小な凹凸や導電率の分布を観察することが可能となる。 By scanning the sample surface in a direction by such an external scanning means cantilever state, it is possible to observe the distribution of minute irregularities and the conductivity of the sample surface from the change in the feedback voltage.

【0089】本実施例のカンチレバー型プローブでは、 [0089] In the cantilever type probe of the present embodiment,
探針を試料表面に接近させる場合の基板面の突起物の制限が緩和され、探針をより確実に試料表面へ接近させることができるようになった。 Limiting protrusions of the substrate surface in the case of the probe to approach the sample surface is reduced, it has become possible to close the probe to more reliably sample surface.

【0090】 実施例10本実施例は、実施例9において説明したカンチレバー型プローブを、同一のシリコン基板上に複数個作製し、半導体素子と共に集積化して図14に示すような集積化プローブ330を作製したものである。 [0090] Example 10 This example, a cantilever type probe described in Example 9, a plurality fabricated on the same silicon substrate, and integrated with a semiconductor element integrated probe 330 shown in FIG. 14 it is those that were made.

【0091】図14において、同一シリコン基板301 [0091] In FIG. 14, the same silicon substrate 301
上に形成された各カンチレバー型プローブは半導体素子331に接続されている。 Each cantilever probe formed on the upper is connected to the semiconductor device 331. 半導体素子331には内部配線332が接続され、外部端子333を通して外部と入出力できるようになっている。 Internal wiring 332 is connected to the semiconductor element 331, so that the can input and output outside through the external terminal 333.

【0092】かかる集積化プローブは、前述実施例8, [0092] Such integrated probe is above Example 8,
9で説明した作製方法において、フォトリソグラフのパターンを拡張するだけで作製することができる。 In the manufacturing method described in 9, it can be made by simply extending the pattern of the photolithographic. このように、同一の基板上へ複数のカンチレバーを同時に形成できるため、寸法精度が非常に高く、各カンチレバー間の特性のばらつきも非常に小さく抑えることができる。 Thus, it is possible to simultaneously form a plurality of cantilevers to the same substrate, it is possible to dimensional accuracy kept very high, much smaller variation in characteristics between respective cantilevers.

【0093】また、基板としてSi単結晶を用いることにより、トランジスタやダイオード等の半導体素子も同一基板上へ集積化することが可能となり、トンネル電流増幅やカンチレバー駆動用のアンプを一体化することができる。 [0093] Further, by using a Si single crystal as a substrate, a semiconductor device such as transistors and diodes also becomes possible to integrate onto the same substrate, can be integrated amplifier tunnel current amplification or cantilever driving it can.

【0094】図15は本実施例の集積化プローブを用いたSTM装置を模式的に示した図である。 [0094] Figure 15 is a diagram schematically illustrating an STM apparatus employing the integrated probe of the present embodiment. これにより、 As a result,
集積化プローブ330を用い、観察対象353の表面上の複数の微小領域のSTM像を同時に観察することができる。 Using an integrated probe 330, it is possible to observe the STM images of a plurality of small regions on the surface of the observation target 353 simultaneously. 同図において351及び352はX,Y,Z方向に粗動機構を有する可動ステージであり、可動ステージ351には集積化プローブ330が固定され、可動ステージ352には観察対象353が固定されている。 351 and 352 in the figure is a movable stage having a coarse adjustment mechanism in the X, Y, and Z directions, the movable stage 351 integrated probe 330 is fixed, the observation target 353 is fixed to the movable stage 352 .

【0095】354はZ方向の粗動機構であり、35 [0095] 354 is a coarse mechanism in the Z direction, 35
5,356はXY方向の微粗動機構である。 5,356 is the XY direction of the fine-coarse mechanism. 357は観察対象353と集積化プローブ330の平行出しの為の調節機構である。 357 is a regulatory mechanism for parallel out of the observation target 353 integrated probe 330. 358,359はそれぞれの微粗動機構をコントロールするためのコンピュータシステムである。 358 and 359 is a computer system for controlling the respective fine coarse positioner. 360は各探針からのトンネル電流を検出しカンチレバーの変位量にフィードバックをかけるための制御装置である。 360 is a control device for applying feedback to the detected amount of displacement of the cantilever a tunnel current from the probe.

【0096】図16は図15における集積化プローブ3 [0096] Figure 16 is an integrated probe 3 in FIG. 15
30と観察対象353の一部分を拡大した断面図である。 It is a cross-sectional view of an enlarged portion 30 and the observation target 353.

【0097】このようなSTMシステムに本発明によるところのカンチレバー型プローブを用いることにより、 [0097] By using a cantilever type probe where the present invention to such a STM system,
搭載する素子選択の自由度が大きく向上し、外部との接続や、駆動に際しての困難が軽減された。 Improved degree of freedom in element selection to be mounted is large, the connection and with the outside, difficulties during driving is reduced.

【0098】以下に本実施例で作製した集積化プローブの寸法の一例を示す。 [0098] An example of the dimensions of the integrated probe prepared in this example are shown below.

【0099】集積化プローブ330の外径…40mm× [0099] outer diameter of the integrated probe 330 ... 40 mm ×
40mm×1mm カンチレバーの本数 …90本 各カンチレバーの長さ …500μm 各カンチレバーの幅 …50μm 探針321の高さ …3μm 実施例11図17に実施例10で説明した集積化プローブを用いた、情報の記録・再生等を行える情報処理装置の模式図を示す。 Using an integrated probe described in Example 10 to 40 mm × 1 mm height ... 3 [mu] m Example 11 17 of the cantilever in the number ... 90 present the length of each cantilever ... 500 [mu] m width ... 50 [mu] m tip 321 of each cantilever, information It shows a schematic view of an information processing apparatus capable of performing recording and reproduction and the like.

【0100】同図において、373は電圧印加により抵抗値が変化する記録層、372は金属電極層、371は記録媒体基板である。 [0100] In the figure, 373 is a recording layer which changes its resistance value by applying a voltage, 372 a metal electrode layer, 371 denotes a recording medium substrate. 374はXYステージ、375は本発明による集積化プローブ、376は集積化プローブの支持体、377は集積化プローブをZ方向へ粗動するためのリニアアクチュエータ、378,379はXYステージをそれぞれX,Y方向へ駆動するリニアアクチュエータ、380は記録再生用のバイアス回路である。 374 XY stage, the integrated probe according to the invention 375, 376 support the integrated probe, 377 a linear actuator for coarse integration probe in the Z direction, 378, 379 is the XY stage respectively X, linear actuator for driving the Y direction, 380 denotes a bias circuit for recording and reproduction. 3
81はトンネル電流検出器、382は集積化プローブをZ軸方向に移動させるためのサーボ回路であり、383 81 tunneling current detector, 382 is a servo circuit for moving the integrated probe in the Z-383
はアクチュエータ377を駆動するためのサーボ回路である。 Is a servo circuit for driving the actuator 377. 384は個々のカンチレバーを微小変位させるための駆動回路であり、385はアクチュエータ377の駆動回路であり、386はXYステージの位置制御を行う駆動回路である。 384 is a drive circuit for small displacement of the individual cantilevers, 385 denotes a drive circuit of the actuator 377, 386 is a drive circuit for controlling the position of the XY stage. 387はこれらの操作を制御するコンピュータである。 387 is a computer for controlling these operations.

【0101】このようなシステムを用いることにより、 [0101] By using such a system,
大容量の情報を高密度に記録することが可能となり、またプローブを多数集積化し、それらを同時に走査するため、高速度の記録再生を行うことができる。 It is possible to record a large amount of information at high density, also probe the many integration, for scanning them at the same time, it is possible to perform high-speed recording and reproduction.

【0102】このようなシステムに本発明第3のカンチレバー型変位素子を用いることにより、基板上に配置する素子の制限が緩和され、記録再生時のトラッキング性能が向上し、書込み、読取り時のエラー発生率を小さくすることができる。 [0102] By using such a present invention system third cantilever type displacement element, limiting the element disposed on the substrate is reduced to improve the recording and reproducing time tracking performance, writing, errors in reading it is possible to reduce the incidence.

【0103】更に、本発明第3によるカンチレバー型プローブは、先に説明した本発明第1,第2によるカンチレバー型プローブと同様に、AFM,STM,加工装置、及びそれらの複合装置に適用することができる。 [0103] Further, the cantilever type probe according to the invention the third, the present invention first described above, similarly to the cantilever probe according to 2, AFM, STM, processing equipment, and be applied to those of the composite device can. 一方、本発明第1,第2によるカンチレバー型プローブも、本発明第3によるカンチレバー型プローブと同様に、上述したような情報処理装置に適用することができる。 On the other hand, the present invention first, cantilever probe according to a second, similar to the cantilever probe according to the invention the third can be applied to an information processing apparatus as described above.

【0104】 [0104]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば以下の効果を奏する。 As has been described above, the following effects according to the present invention. (1)本発明第1のカンチレバー型変位素子は、基板表面あるいはカンチレバーの基板側の面へ凸状部位を設けた事により、昇華性材料を用いた製造工程を行うことなく貼り付き現象を防止でき、製造工程の簡略化、さらには歩留まりが向上された。 (1) The present invention first cantilever type displacement element is prevented by providing the convex portions to the substrate-side surface of the substrate surface or the cantilever, a sticking phenomenon without the manufacturing process using a sublimable material It can, simplification of the manufacturing process, further was improved yield. また、凸状部位を絶縁性材料で形成したものは、カンチレバーを大きく変位させても固定電極と対向電極との電気的なショートを回避する事が可能となり、素子及びその電気制御系の耐久性が向上し、ひいては本素子を搭載した各種装置の耐久性が向上する。 Moreover, those forming a convex portion of an insulating material, electrical short circuits it is possible to avoid, elements and durability of the electrical control system of the even fixed electrode and the counter electrode by large displacement of the cantilever There is improved, thereby improving the durability of various devices equipped with this device therefore. (2)本発明第2のカンチレバー型変位素子は、カンチレバーを構成する絶縁層の形状による簡易な手段で、固定電極と対向電極との電気的なショートを回避でき、本発明第1のカンチレバー型変位素子と同様に素子及び本素子を搭載した各種装置の耐久性が向上する。 (2) the present invention the second cantilever type displacement element is a simple means due to the shape of the insulating layer constituting the cantilever, it can avoid electrical short-circuit between the fixed electrode and the counter electrode, the present invention first cantilever durability of displacement elements and various devices equipped with elements and the element as well is improved. (3)本発明第3のカンチレバー型変位素子は、カンチレバー下部の基板面を隆起させると共に、隆起部上に固定電極を設けているため、変位量の低下を招くことなくカンチレバー先端部を基板面から遠ざけることができ、 (3) The present invention third cantilever type displacement element, causes uplift the substrate surface of the cantilever lower, since there is provided a fixed electrode on the ridge, the substrate surface cantilever tip without lowering the amount of displacement It can be moved away from,
素子の配置や、外部との配線の自由度が増す。 Arrangement of the elements, the degree of freedom of wiring with the outside is increased.

【0105】更に、本素子を用いて構成される走査型トンネル顕微鏡や情報処理装置では、試料や記録媒体と素子基板との接触を回避でき、より信頼性の高い装置を実現できる。 [0105] Furthermore, a scanning tunneling microscope and an information processing apparatus constructed by using the present device can avoid contact with the sample or a recording medium and the element substrate, it is possible to realize a more reliable device.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明第1によるカンチレバー型プローブの一例を示す概略構成図である。 Is a schematic diagram showing an example of a cantilever type probe according to the invention; FIG first.

【図2】図1のカンチレバー型プローブの作製工程を説明するための図である。 Is a diagram for a manufacturing process is described in [2] Figure 1 of the cantilever probe.

【図3】実施例2にて示す本発明第1によるカンチレバー型プローブの概略構成図である。 Figure 3 is a schematic structural view of a cantilever type probe according to the invention first shown in Example 2.

【図4】実施例3にて示す本発明第1によるカンチレバー型プローブの概略構成図である。 4 is a schematic diagram of the present invention first by cantilever probe shown in Example 3.

【図5】実施例4にて示す本発明第1によるカンチレバー型プローブの概略構成図である。 5 is a schematic structural view of a cantilever type probe according to the invention first shown in Example 4.

【図6】本発明第1によるカンチレバー型プローブを組み込んだ走査型探針顕微鏡の模式図である。 6 is a schematic diagram of the present invention first incorporating the cantilever-type probe with a scanning probe microscope.

【図7】本発明第2によるカンチレバー型プローブの一例を示す概略構成図である。 7 is a schematic diagram showing an example of the present invention the second by cantilever probe.

【図8】図7のカンチレバー型プローブの作製工程を説明するための図である。 8 is a diagram for illustrating a manufacturing process of the cantilever type probe of FIG.

【図9】実施例7にて示す本発明第2によるカンチレバー型プローブの概略構成図である。 9 is a schematic diagram of the present invention the second by a cantilever type probe shown in Example 7.

【図10】本発明第2によるカンチレバー型プローブを組み込んだSTM装置の模式図である。 Is a schematic view of incorporating STM apparatus cantilever probe according to the invention; FIG second.

【図11】本発明第3のカンチレバー型変位素子の概略構成図である。 11 is a schematic diagram of the present invention the third cantilever type displacement element.

【図12】図11のカンチレバー型変位素子の作製工程を説明するための図である。 12 is a diagram for illustrating a manufacturing process of the cantilever type displacement element of Figure 11.

【図13】実施例9にて示す本発明第3によるカンチレバー型プローブの概略構成図である。 13 is a schematic structural view of a cantilever type probe according to the invention a third indicating in Example 9.

【図14】実施例10にて示す本発明第3による集積化プローブの概略構成図である。 14 is a schematic diagram of an integrated probe according to the invention a third indicating in Example 10.

【図15】図14の集積化プローブを組み込んだSTM [15] STM incorporating an integrated probe of FIG. 14
装置の模式図である。 It is a schematic view of the apparatus.

【図16】図15のSTM装置の部分拡大図である。 16 is a partially enlarged view of the STM device in FIG.

【図17】図14の集積化プローブを組み込んだ情報処理装置の模式図である。 17 is a schematic view of incorporating information processing device integration probe of Figure 14.

【図18】従来例のカンチレバー型プローブの概略構成図である。 18 is a schematic configuration diagram of a conventional cantilever type probe.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

101 基板 102 絶縁膜 103 固定電極 104 凸状部位 105 空隙 106 対向電極を兼ねるカンチレバー 107 絶縁膜 108 探針 109 犠牲層 110 突起 111 凸状部位 112 固定電極の配線 113 引き出し電極 120 試料 121,122 配線 123 静電容量検出ユニット(静電駆動ユニット) 124 トンネル電流検出ユニット 125,126 配線 201 基板 202 絶縁層 203 固定電極 206 対向電極 207 絶縁層 208 探針 209 犠牲層 213 引き出し電極 221 対向電極の端部 222 固定電極の端部 223 絶縁層の端部 231 バイアス印加用電源 232 トンネル電流増幅回路 233 カンチレバー駆動用ドライバ 234 カンチレバー型変位素子 235 サンプル 236 XY方向微動機構 3 101 substrate 102 insulating film 103 fixed electrode 104 convex portion 105 void 106 facing the cantilever 107 insulating film 108 the wiring of the probe 109 the sacrificial layer 110 projections 111 convex portion 112 fixed electrode 113 lead electrodes 120 samples 121 and 122 interconnect 123 also serving as an electrode capacitance detection unit (electrostatic drive unit) 124 tunnel current detection unit 125 and 126 wire 201 substrate 202 insulating layer 203 fixed electrode 206 opposite electrode 207 insulating layer 208 tip 209 sacrificial layer 213 lead-out electrode 221 opposite electrode end 222 end 223 the insulating layer end 231 bias application power source 232 tunnel current amplifying circuit 233 cantilever driving driver 234 cantilever type displacement element of the fixed electrode 235 sample 236 XY direction fine moving mechanism 3 01 基板 302 固定部 303 カンチレバー 304 隆起部 305 固定電極 306 対向電極 311 レジストパターン 312 電極膜 313 犠牲層膜 314 犠牲層 315 弾性層 321 探針 322 引き出し電極 330 集積化プローブ 331 半導体素子 332 内部配線 333 外部端子 351,352 可動ステージ 353 観察対象 354 Z方向粗動機構 355,356 X,Y方向微粗動機構 357 調節機構 358,359 コンピュータシステム 360 制御装置 371 記録媒体基板 372 金属電極層 373 記録層 374 XYステージ 375 集積化プローブ 376 支持体 377 Z方向リニアアクチュエーター 378 X方向リニアアクチュエーター 379 Y方向リニアアクチュエーター 380 記録再生用バイアス回 01 substrate 302 fixed portion 303 cantilever 304 ridges 305 fixed electrode 306 opposing electrode 311 resist pattern 312 electrode film 313 sacrificial layer film 314 sacrificial layer 315 elastic layer 321 probe 322 lead electrodes 330 integrated probe 331 semiconductor devices 332 internal wiring 333 outside terminals 351 and 352 movable stage 353 observation target 354 Z-direction coarse movement mechanism 355 and 356 X, Y-direction fine-coarse positioner 357 adjustment mechanism 358, 359 computer system 360 controller 371 recording medium substrate 372 metal electrode layer 373 recording layer 374 XY stage 375 integrated probe 376 support 377 Z direction linear actuator 378 X direction linear actuator 379 Y direction linear actuator 380 for recording and reproducing bias times 路 381 トンネル電流検出器 382,383 サーボ回路 384,385,386 駆動回路 387 コンピューター 401 Siウェハー 402 固定電極 403 Si 404 対向電極 405 カンチレバー 406 絶縁層 407 探針 408 引き出し電極 Road 381 tunnel current detector 382, ​​383 a servo circuit 384,385,386 driving circuit 387 computer 401 Si wafer 402 fixed electrode 403 Si 404 counter electrode 405 cantilever 406 insulating layer 407 probe 408 extraction electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 康弘 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 中山 優 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Yasuhiro Shimada Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon within Co., Ltd. (72) inventor Yu Nakayama Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon the Corporation

Claims (14)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対向する対向電極を有し前記基板上に設けられたカンチレバーとを備えたカンチレバー型変位素子において、前記基板と前記カンチレバーとの間で且つ該基板表面あるいは該カンチレバーの基板側の面に凸状部位を有することを特徴とするカンチレバー型変位素子。 And 1. A fixed electrode formed on a substrate, the cantilever type displacement element comprising a cantilever provided on the substrate having a counter electrode opposed to the fixed electrode, and the substrate and the cantilever cantilever type displacement element characterized in that it has a convex portion and a surface on the substrate side of the substrate surface or the cantilever between.
  2. 【請求項2】 前記凸状部位が、複数であることを特徴とする請求項1に記載のカンチレバー型変位素子。 Wherein said convex portion is cantilever type displacement element according to claim 1, wherein a plurality.
  3. 【請求項3】 前記凸状部位が、絶縁体であることを特徴とする請求項1又は2に記載のカンチレバー型変位素子。 Wherein the convex portion is a cantilever type displacement element according to claim 1 or 2, characterized in that an insulator.
  4. 【請求項4】 基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対向する対向電極を有し前記基板上に設けられたカンチレバーとを備えたカンチレバー型変位素子において、前記カンチレバーには前記対向電極より自由端側に突出した絶縁層が形成されていることを特徴とするカンチレバー型変位素子。 4. A fixed electrode formed on a substrate, the cantilever type displacement element comprising a cantilever provided on the substrate having a counter electrode opposed to the fixed electrode, the counter in the cantilever cantilever type displacement element, wherein an insulating layer protruding from the electrode on the free end side is formed.
  5. 【請求項5】 前記固定電極が、前記対向電極よりも前記カンチレバーの自由端方向に長く形成されていることを特徴とする請求項4に記載のカンチレバー型変位素子。 Wherein said fixed electrode, the cantilever type displacement element according to claim 4, wherein the is than the counter electrode formed to extend in the free end direction of the cantilever.
  6. 【請求項6】 前記カンチレバーの自由端部の絶縁層と前記固定電極との距離が、前記対向電極と前記固定電極との距離よりも短いことを特徴とする請求項4又は5に記載のカンチレバー型変位素子。 6. The distance between the fixed electrode and the insulating layer of the free end of the cantilever, the cantilever according to claim 4 or 5, characterized in that shorter than the distance between the fixed electrode and the counter electrode type displacement element.
  7. 【請求項7】 基板の隆起部分に形成された固定電極と、該固定電極に対向する対向電極を有し前記隆起部分に沿うようにして前記基板上に設けられたカンチレバーとを備えたカンチレバー型変位素子。 7. A fixed electrode formed on the raised portion of the substrate, a cantilever type and a cantilever provided on the substrate so as to along the raised portion having a counter electrode opposed to the fixed electrode the displacement element.
  8. 【請求項8】 請求項1〜7いずれかに記載のカンチレバー型変位素子が同一基板上に複数形成されていることを特徴とするカンチレバー型変位素子。 8. A cantilever type displacement element characterized by claims 1 to 7 or the cantilever type displacement element according is formed with a plurality on the same substrate.
  9. 【請求項9】 請求項1〜8いずれかに記載のカンチレバー型変位素子において、前記カンチレバーの自由端部に尖鋭な探針を設けたことを特徴とするカンチレバー型プローブ。 9. The cantilever type displacement element according to any one of claims 1 to 8, a cantilever type probe, characterized in that a sharp tip at the free end of the cantilever.
  10. 【請求項10】 請求項9に記載のカンチレバー型プローブを備え、前記探針を試料表面に接近させて走査し、 10. comprising a cantilever type probe according to claim 9, scanning the probe is brought closer to the sample surface,
    且つ、前記固定電極と前記対向電極間の静電力により、 And, by an electrostatic force between the counter electrode and the fixed electrode,
    前記カンチレバーを走査面に垂直な方向に変位させる走査型探針顕微鏡。 Scanning probe microscope for displacing the cantilever in a direction perpendicular to the scanning plane.
  11. 【請求項11】 請求項9に記載のカンチレバー型プローブを備え、前記探針を試料表面に接触させて走査し、 11. comprising a cantilever type probe according to claim 9, scanning the probe in contact with the sample surface,
    且つ、前記固定電極と前記対向電極間の静電容量を検出することで、前記カンチレバーの走査面に垂直な方向の変位を検出する走査型探針顕微鏡。 And, wherein the fixed electrode and by detecting the electrostatic capacity between the opposed electrodes, the scanning probe microscope for detecting a displacement in a direction perpendicular to the scanning plane of the cantilever.
  12. 【請求項12】 請求項10又は11に記載の顕微鏡構成を、試料表面の特性を変化させることに用いる加工装置。 12. The processing apparatus of the microscope arrangement according to claim 10 or 11, is used to alter the properties of the sample surface.
  13. 【請求項13】 請求項10〜12いずれかに記載の顕微鏡あるいは加工装置の複数を一つの装置とした複合装置。 13. A composite device as one unit more of the microscope or the processing apparatus according to any one of claims 10 to 12.
  14. 【請求項14】 請求項9に記載のカンチレバー型プローブを備え、前記探針を記録媒体に近接させ、該探針と記録媒体との間に電圧を印加して情報の記録及び/又は再生を行う情報処理装置。 14. comprising a cantilever type probe according to claim 9, in close proximity to the probe on the recording medium, the recording and / or reproducing information by applying a voltage between the 該探 needle and the recording medium information processing apparatus for performing.
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