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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Publication number
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
Japan
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cantilever
probe
substrate
displacement element
fixed electrode
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Withdrawn
Application number
JP19163193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Watanabe
信男 渡邊
Osamu Takamatsu
修 高松
Yoshio Suzuki
義勇 鈴木
Yasuhiro Shimada
康弘 島田
Masaru Nakayama
優 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH0721968A publication Critical patent/JPH0721968A/en
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    • H05K999/00

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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、
「AFM」と称す)等の走査型探針顕微鏡(以下、「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。
The present invention relates to a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as "STM") and an atomic force microscope (hereinafter referred to as "STM").
Scanning probe microscope (hereinafter referred to as "SFM")
The present invention relates to a displacement element (actuator) having a cantilever structure (hereinafter referred to as “PM”) and the like, an SPM using the same, an information processing apparatus, and the like.

【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
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。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、
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。
2. Description of the Related Art In recent years, an STM capable of directly observing the electronic structure of surface atoms of a conductor has been developed by Gie Winig et al. (Fervetica Physika Actor, 55, 726 (1
982). Since then, SPM equipment that obtains various information by scanning a probe with a sharp tip, and microfabrication technology that applies SPM to exert electrical, chemical or physical action on the substrate. Is being researched and developed. In addition, using semiconductor microfabrication technology and micromechanics technology, for example, using a silicon wafer as a substrate,
A compact SPM device in which a probe is fabricated on a thin film cantilever 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。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。
On the other hand, there is an increasing demand for recording / reproducing devices, especially recording devices having a large capacity for computer calculation information and the like. Due to the progress of semiconductor process technology, microprocessors are downsized and the calculation ability is improved. Therefore, downsizing of the recording apparatus is desired. In order to meet these requirements, the shape of the surface of the recording medium is changed by applying a voltage from a converter including a microprobe for generating a tunnel current existing on a driving unit whose distance from the recording medium can be finely adjusted. A recording / reproducing apparatus has been proposed in which the minimum recording area is 10 nm square by performing recording and writing according to the above, and reading information by detecting a change in tunnel current due to a change in shape.

【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。
As a method of driving the cantilever displacement element mounted on the above-described SPM and the recording / reproducing apparatus to which the SPM is applied, for example, a piezoelectric type in which the cantilever has a piezoelectric bimorph structure, or a counter electrode and a substrate formed on the cantilever are used. There is an electrostatic type in which a beam is displaced by applying an electrostatic force by applying a voltage to the fixed electrode formed on the upper side, and the electrostatic type is characterized by a simple structure and a high degree of freedom in materials.

【0005】上記静電型の例としては、特開昭61−2
06148号で提案されているカンチレバー状素子があ
る。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
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。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。また、
上記と同様な構成で作成されたAFMが特開昭63−3
09802号に提案されている。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。
An example of the electrostatic type is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-2.
There is a cantilevered element proposed in 06148. As shown in FIG. 18, after the fixed electrode 402 was provided on the Si wafer 401 by impurity doping, Si
The epitaxial growth 403 is performed, the counter electrode 404 is provided again by impurity doping, and then the non-doped Si layer in the middle is removed to form the cantilever 405. An insulating layer 406 is formed on the cantilever electrode, and a probe 407 for detecting a tunnel current and a lead electrode 408 are provided on the insulating layer 406. Also,
An AFM having the same structure as the above is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-3.
09802. This is to detect the deflection of the cantilever due to a small force by the change in electrostatic capacity, and the same element configuration as the electrostatically driven cantilever can be used.

【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, in the electrostatic cantilever displacement element described above, when the cantilever is largely displaced by applying a relatively large voltage, the cantilever becomes large due to large unevenness or dust on the sample surface. When displaced, an electrical short circuit may occur between the narrowed fixed electrode and the counter electrode, causing great damage to the element or the 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。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。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。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。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。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。
従って、犠牲層除去後に基板を乾燥させる必要があり、
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。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。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。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。
Further, the conventional technique has the following problems in the manufacturing method. As a method for producing a cantilever on the surface of a substrate, semiconductor fine processing techniques such as photolithography and etching are usually applied. As a result, it is possible to form a laminated structure of a conductive film or an insulating film having an arbitrary shape on the surface of the silicon substrate, and a beam-shaped structure or an electrode is freely produced by combining them. Generally, a sacrificial layer has been used to fabricate a structure such as a cantilever at a position separated from the substrate surface by a narrow space of about 10 μm or less. This sacrificial layer is a thin film layer for forming a space by being removed later. Beams, electrodes and probes are formed on the surface of the sacrificial layer, and the sacrificial layer is finally removed. Here, in order to completely remove the sacrificial layer without damaging important parts such as the beam, the electrode, and the probe, the sacrificial layer is dissolved and removed using a liquid such as acid or alkali.
Therefore, it is necessary to dry the substrate after removing the sacrificial layer,
At this time, as the liquid that has entered the gap between the beam and the substrate surface evaporates, the beam is bent to the substrate surface side by the surface tension of the liquid, and eventually the beam sticks to the substrate surface . In order to avoid this sticking phenomenon, a method is used in which after the sacrificial layer is removed and before drying, the sublimable material is allowed to penetrate into the gap between the beam and the substrate to be solidified and then sublimated in a vacuum. Specifically, for example, after substituting with alcohol while maintaining the wet state for removing the sacrificial layer, further substituting with paraffinic benzene, which is a sublimable material, into a heating liquid, taking out into the atmosphere and solidifying at room temperature. It was installed in a vacuum container to sublimate paradichlorobenzene. In the production of cantilevers and the like, a step for avoiding sticking using such a sublimable material is indispensable, and since this method is not yet perfect, it has been one of the causes for lowering the yield.

【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, in the conventional element, since the cantilever surface is formed in the same plane as the substrate surface as shown in FIG. 18, when the probe is moved close to the sample surface to scan the substrate surface and the sample surface. It was necessary to use the surfaces very close together.

【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。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。
For this reason, the elements formed on or around the substrate and the protrusions such as wire bonding are likely to come into contact with the sample surface, so that the height of the elements and wiring on the substrate surface must be designed to be as small as possible. In addition, even when the substrate is driven in the three axis directions, it is necessary to pay close attention to avoid contact. This problem becomes more noticeable than the case where a plurality of cantilevers are arranged on the same substrate and a multi-probe is used, which requires great difficulty in designing and driving 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。
Therefore, in view of the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to prevent a decrease in yield with a simple structure and to prevent an electrical short circuit due to a large displacement of the cantilever. It is an object of the present invention to provide a mold displacement element or a cantilever displacement element capable of preventing contact between the sample surface and element wiring or the like when scanning the sample surface, and further increasing the degree of freedom in element 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。
Still another object of the present invention is to provide a cantilever type probe using the above cantilever type displacement element, a scanning probe microscope, an information processing device and the like.

【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
ー型変位素子である。
The present invention, which has been made to achieve the above object, firstly has a fixed electrode formed on a substrate and a counter electrode facing the fixed electrode. A cantilever-type displacement element having a cantilever provided on a substrate, characterized in that it has a convex portion between the substrate and the cantilever and on the substrate surface or the substrate-side surface of the cantilever. Second, a cantilever type displacement element comprising a fixed electrode formed on a substrate and a cantilever provided on the substrate, the cantilever having a counter electrode facing the fixed electrode. A cantilever-type displacement element, characterized in that an insulating layer protruding toward the free end side from the counter electrode is formed on the cantilever, and thirdly, it is formed on a raised portion of the substrate. 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。
The present invention will be described in detail below 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
(a)は縦断面図、図1(b)は図1(a)のA−A’
面での断面図である。同図において101は基板、10
2は絶縁膜、103は固定電極、104は固定電極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。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。
FIG. 1 shows an example of a cantilever type probe constructed by providing a sharp probe at the free end of the cantilever type displacement element of the first cantilever type displacement element of the present invention.
1A is a longitudinal sectional view, and FIG. 1B is AA ′ in FIG.
It is sectional drawing in the surface. In the figure, 101 is a substrate and 10
2 is an insulating film, 103 is a fixed electrode, and 104 is a fixed electrode 10.
3 is a convex portion formed on the substrate 3, 106 is a conductive cantilever supported on the substrate, 107 is an insulating film, and 108 is a probe. In this configuration, a portion of the conductive cantilever 106 facing the fixed electrode 103 also serves as a counter electrode, and by applying a voltage between them, electrostatic force causes the cantilever in the direction of the arrow in FIG. 1B. 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
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。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。
In the first cantilever type displacement element of the present invention, since the convex portion 104 is provided, the cantilever 106 is provided.
When the substrate is dried after the sacrificial layer removing step for forming the void 105 between the substrate 101 and the substrate 101, it is not necessary to substitute a sublimable material. That is, when the liquid between the cantilever and the substrate surface decreases due to evaporation, the cantilever is deflected toward the substrate side and the cantilever and the substrate come into contact with each other. At this time, the contact surface between the cantilever and the substrate surface is the convex shape. There is only a part, and by reducing this contact area, the sticking phenomenon does not occur if the force (product of the spring constant and the amount of displacement) that the cantilever tries to return to the original shape overcomes the sticking force.

【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。
When the convex portion is made of an insulating material, the sticking prevention effect can be obtained, and an electrical short circuit is generated even when the fixed electrode and the counter electrode approach or contact each other. It is possible to prevent it, and the durability of the element and its electric control system is improved.

【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。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。
In the example shown in FIG. 1, the convex portion is formed on the surface of the fixed electrode. However, even if it is the surface of the counter electrode on the cantilever side, or between the substrate and the cantilever, it is not on these electrodes. It may also be formed on the substrate surface or the substrate surface side of the cantilever. The shape and number of the convex portions are not particularly limited, and can be appropriately designed so as to prevent the sticking phenomenon 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, the second cantilever type displacement element of the present invention will be described.

【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。カンチレバー部は対向電極206と絶縁層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。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of a cantilever type probe constituted by providing a sharp probe on the free end of the cantilever type displacement element of the second cantilever type displacement element of the present invention, in which 201 is a substrate and 202 is an insulator. The film and 203 are fixed electrodes. The cantilever portion includes the counter electrode 206 and the insulating layer 20.
The extraction electrode 213 is formed on the cantilever, and the probe 208 for inputting / outputting information is formed on the extraction electrode 213.

【0020】カンチレバーを構成している絶縁層207
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。
Insulating layer 207 forming a cantilever
Are formed so as to project 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
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。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 structure, the fixed electrode 203 and the counter electrode 2
By applying a voltage between the cantilever and 06, the cantilever can be deflected and displaced in a direction perpendicular to the substrate surface by electrostatic force. At this time, the free end of the cantilever is displaced the most, but even when the amount of displacement toward the substrate is large, the fixed electrode 203 contacts the insulating layer 207 and does not contact the counter electrode, so that the electrical contact between the electrodes is reduced. Avoid 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
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。
In the second cantilever type displacement element of the present invention, in order to more surely avoid the electrical short circuit between the electrodes, the fixed electrode 203 is moved in the direction of the free end of the cantilever as shown in FIG. The counter electrode 206 is preferably formed longer than the counter electrode 206. Further, as shown in FIG. 9, the insulating layer 207 at the free end of the cantilever is projected toward the substrate surface side, and the insulating layer at the free end of the cantilever and the fixed electrode 203 are formed.
The distance between and is 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, a third cantilever type displacement element of the present invention will be described.

【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)
は基板上面より見た平面図、図11(b)は図11
(a)中の破線A−A’における断面図である。
FIG. 11 is a configuration diagram best showing the characteristics of the third cantilever type displacement element of the present invention, and FIG.
Is a plan view seen from the upper surface of the substrate, and FIG.
It is sectional drawing in dashed line AA 'in (a).

【0025】図11において301は基板であり、30
2は固定部であり、303はカンチレバーである。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
に沿うように上方へ傾斜している。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。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。
In FIG. 11, 301 is a substrate, and 30
2 is a fixed part, and 303 is a cantilever. A raised portion 304 is provided in a portion below the cantilever on the substrate, and the cantilever 303 has the raised portion 304.
It inclines upward so that it follows. A fixed electrode 305 is provided on the upper surface of the raised portion 304, and a counter electrode 306 is formed on the lower surface of the cantilever. The fixed electrode 305 and the counter electrode 306 are individually drawn out onto the substrate, and voltage can be applied to each.

【0026】本構成では、固定電極305と対向電極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。
In this configuration, the fixed electrode 305 and the counter electrode 3
By applying a voltage between the cantilever 303 and 06, the tip of the cantilever 303 can be slightly displaced 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、
隆起部304上に固定電極305を設け、固定電極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。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。
The third cantilever type displacement element of the present invention is
The fixed electrode 305 is provided on the raised portion 304, and the fixed electrode 30
Since the distance between the counter electrode 5 and the counter electrode 306 is not increased, the displacement portion can be moved away from the substrate surface without reducing the displacement amount of the cantilever tip per drive voltage. For this reason, it is possible to increase the margin in the height direction of the other elements and wirings arranged on the substrate from the substrate surface, and 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、
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。
Further, a probe is provided at the free end of the cantilever,
Even when used in a scanning probe microscope, the distance between the sample surface and the substrate surface can be large, so contact between the sample and the substrate and other peripheral devices can be avoided when approaching or scanning the sample. It will be easy.

【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。
Furthermore, in a device in which a plurality of cantilever displacement elements according to the third aspect of the present invention are arranged on the same substrate and integrated with a semiconductor element, or an information processing apparatus using the same, they are necessarily mounted together. Since a large number of devices, wirings, driving mechanisms, etc. are provided, it is advantageous in designing and driving that the distance between the sample surface and the substrate surface is large.

【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、
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
59フュージョン、溶融石英、更には表面を研磨した#
7059、石英、シリコンウェハー等を用いることがで
きる。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。
In the above-described first to third cantilever type displacement elements of the present invention, the substrate material is a semiconductor,
Metal, glass, ceramics or the like can be used, but when a plurality of elements are formed on the same substrate, a material having small surface irregularities is preferable, for example, Corning # 70.
59 fusion, fused quartz, and polished surface #
7059, quartz, a silicon wafer, or the like can be used. A single crystal silicon wafer is used when an amplifier for amplifying a tunnel current, a multiplexer for driving an element and selecting a tunnel current, a shift register, and the like are mounted on a substrate.

【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。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。
As a method of forming the element, a conventionally known technique, for example, a thin film forming technique such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method or the like which is generally used in the semiconductor industry, a photolithographic technique and etching are used. The technique can be applied, and its manufacturing method does not limit the present invention. Further, although the element which is driven and displaced by the electrostatic force is described in the above description, it is obvious that the element can be used as a capacitance detection type element without changing the element configuration.

【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 probe constituted by providing a sharp probe at the free end of the cantilever type displacement element of the present invention is an electrostatic drive type scanning in which the probe is moved close to the sample surface for scanning. Type probe microscope or a scanning probe microscope of electrostatic capacity type that scans by contacting the sample surface with the sample, or by bringing the probe close to the recording medium and applying a voltage between the probe and the recording medium. The present invention is applied to an information processing apparatus that records and / or reproduces information, and a processing apparatus that changes the characteristics of the sample surface by exerting an electrical, chemical or physical action on the vicinity of the sample surface.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【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
に適用した例を説明する。
Embodiment 1 A cantilever type probe using the first cantilever type displacement element of the present invention as shown in FIG. 1 is a capacitance type AFM.
An example applied to will 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。 (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
D)法により厚さ約0.5μm堆積した。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
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。 (b)窒化シリコン膜102を成膜したのと同様に、C
VD法により窒化シリコンを厚さ約0.5μm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
凸状部位104とした。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。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。 (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。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。犠牲層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。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。
First, a method of manufacturing the cantilever type probe of this embodiment will be described with reference to FIG. (A) A silicon nitride film 102 is formed on a surface of a silicon substrate 101 having a crystal plane of (100) by chemical vapor deposition (CV).
A thickness of about 0.5 μm was deposited by the method D). Next, a tungsten film is formed to a thickness of about 0.5 μm by a normal sputtering film forming method.
After the m deposition, patterning was performed by a normal photolithography etching method to form the fixed electrode 103. (B) As in the case of forming the silicon nitride film 102, C
After depositing silicon nitride to a thickness of about 0.5 μm by the VD method,
The convex portion 104 was formed by patterning by a normal photolithographic etching method. Here, if the material forming the convex portion is made of an insulator as in this embodiment, the effect of preventing sticking when releasing the cantilever in the manufacturing process and the effect of preventing short circuit between the fixed electrode and the counter electrode are achieved. Both effects are obtained. Further, when the convex portion is made of a conductive material such as metal, an effect of preventing sticking can be obtained. (C) As the sacrificial layer 109, silicon oxide was deposited to a thickness of about 2 μm by the bias sputtering method. Here, the bias sputtering method is used to smooth the surface of the sacrificial layer 109 as shown in the figure, and the method is not limited to the bias sputtering method as long as the surface of the sacrificial layer can be smoothed. Sacrificial layer 10
When the surface of 9 has a convex shape that reflects the shape of the convex portion 104, the substrate-side surface of the cantilever formed in the upper layer of the sacrificial layer has its inverted shape (concave shape), and the substrate surface and the cantilever surface when the sacrificial layer is removed. Since the contact area with is large, it becomes easy to stick. In addition, there is a possibility of short-circuiting, which reduces the effect of the present invention.

【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1×1016cm-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。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。 (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。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。 (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。カンチレバー106と固定電極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。
Further, a polycrystalline silicon film 106 is deposited to a thickness of about 1.2 μm by the chemical vapor deposition method, phosphorus ions are implanted at about 1 × 10 16 cm −2, and then the thickness is determined by the chemical vapor deposition method. A silicon nitride film 107 having a thickness of about 0.3 μm was formed. After performing activation heat treatment at 1100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere, the polycrystalline silicon film 106 and the silicon nitride film 107 were patterned into a cantilever shape by a normal photolithographic etching method. (D) A tungsten probe 108 was formed by the Spindt method near the tip of the cantilever. As for the formation of the probe, any manufacturing method such as a method of adhering a tungsten wire probe by an electropolishing method other than the Spindt method using oblique vapor deposition may be used. (E) After removing the silicon oxide sacrificial layer 109 by etching with a buffered hydrofluoric acid solution, it was replaced with alcohol and the substrate was dried. Cantilever 106 and fixed electrode 104
A void 105 was obtained between the two, and the cantilever-type probe manufacturing process was 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。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。
In this embodiment, the cantilever flexes toward the substrate surface and tends to stick to the substrate surface during the above-mentioned substrate drying. It was released due to the springiness of the cantilever, and no sticking occurred. As a result, the process using a sublimable material such as the conventional method can be simplified and the yield is 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。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。
The device shown in FIG. 6 was constructed using the cantilever type probe manufactured as described above. Since FIG. 6 has a configuration in which it can be used as an electrostatic capacity type AFM and also as an electrostatic drive type STM, the probe 108 of the cantilever type probe is provided on the extraction electrode (not necessary for the AFM) formed on the cantilever. It is shown as being formed.

【0039】120は試料、121は固定電極配線、1
22は対向電極を兼ねるカンチレバーへの配線、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。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。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。
Reference numeral 120 is a sample, 121 is a fixed electrode wiring, 1
22 is wiring to the cantilever which also serves as the counter electrode, 123
Is a capacitance detection unit (electrostatic drive unit in STM). Further, 124 is a tunnel current detection unit, 125 is a lead electrode wiring, and 126 is a sample wiring, and these are unnecessary in the AFM. An element and an electric control system for two-dimensionally moving the cantilever type probe along the sample surface are omitted.

【0040】図6に示した装置を用いて試料表面のAF
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。
AF on the surface of the sample was performed using the apparatus shown in FIG.
As a result of observing the M image, an AFM image similar to that of a conventional cantilever type probe having no convex portion was obtained. At this time, even in the case of a sample having unevenness of about voids 105 on the surface, the counter electrode and the fixed electrode were obtained. There is no electrical short circuit between the and, and there is no damage like when using a conventional cantilever type probe, and the durability of the device is improved.

【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。
Example 2 Another example in which the cantilever type probe using the first cantilever type displacement element of the present invention is applied to a capacitance type 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。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。
FIG. 3 shows a cantilever type probe of this embodiment. FIG. 3A is a schematic plan view showing a main part of the cantilever type probe with a dotted line for easy understanding, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3A. 3 (c) schematically shows the BB 'cross section of FIG. 3 (a).

【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
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。
In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote equivalent members, and 110 is a silicon nitride protrusion integrated with the insulating film (silicon nitride) 102, and 11
Reference numeral 1 is a convex portion on the surface of the fixed electrode (tungsten) 103 reflecting the shape of the protrusion 110, and 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。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。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。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。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, a thin film projection which is the source of the convex portion 111 is formed in a part of the silicon nitride film 102. That is, after thickly depositing silicon nitride on the surface of the silicon substrate 101, patterning was performed by a normal photolithography etching method so that the protrusions 110 remained in a dot shape. After that, tungsten was deposited on the entire surface as the fixed electrode 103. Therefore, when the cantilever is largely displaced to the fixed electrode side, there is a possibility of short circuit. In the present embodiment, the other manufacturing methods are basically the same as those in the first embodiment, and therefore will be 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。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。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。
The present embodiment is characterized in that the convex portion is formed into a plurality of dots to further reduce the area of the convex portion. Even with a soft cantilever which is easy to stick (small spring constant), the above-mentioned substrate drying is performed. Sometimes it has the feature that it does not stick to the substrate surface. Therefore, as in the first embodiment, the manufacturing process is simplified, the yield is improved, and the degree of freedom in designing the cantilever is increased. Further, when the cantilever type probe of the present example was installed in the AFM apparatus shown in FIG. 6 as in the case of Example 1 and an AFM image of the sample surface was observed, it was found that the same AFM image as the conventional cantilever type probe having no convex portion was formed. The 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。
Embodiment 3 An example in which the cantilever type probe using the first cantilever type displacement element of the present invention is applied to an 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。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。
FIG. 4 shows a cantilever type probe of this embodiment. FIG. 4A is a schematic plan view showing the main part of the cantilever type probe with a dotted line showing the cantilever for easy understanding, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4A. 4 (c) schematically shows the BB 'cross section of FIG. 4 (a).

【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
は固定電極、112a,112bは固定電極103a,
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。
In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members, and 103a and 103b.
Is a fixed electrode, 112a and 112b are fixed electrodes 103a,
A wiring 103b and a lead electrode 113 are 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。絶縁性の凸状部位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。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。
The fixed electrode is divided into two electrodes because the electric field formed between the fixed electrode and the counter electrode is made non-uniform by applying a voltage, and the tip of the probe 108 is biaxially displaced by twisting the cantilever. Is. Insulating convex part 1
As 04, a silicon nitride film was patterned and used. The materials for the other parts and the basic manufacturing method are the same as those in the first or second embodiment, and will be omitted.

【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。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。
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。
In the structure of this embodiment, as in the first embodiment, the sticking phenomenon during manufacturing and the electrical short circuit during driving can be prevented. When an STM apparatus as shown in FIG. 6 was constructed using the cantilever type probe of this example and the sample surface was observed, it was found that the characteristics were basically similar to those of the conventional type having no convex portion. showed that.
However, even in the case of a sample having large surface irregularities, the counter electrode and the fixed electrode were not electrically short-circuited, and the durability of the device was improved.

【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。
Embodiment 4 Another example in which the cantilever type probe using the first cantilever type displacement element of the present invention is applied to the 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。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。
FIG. 5 shows a cantilever type probe of this embodiment. FIG. 5A is a schematic plan view showing the main part of the cantilever type probe with a dotted line showing the cantilever for the sake of clarity, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5A. 5 (c) schematically shows a cross section taken along the line BB 'of FIG. 5 (a).

【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。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。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。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。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。
In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same members. The basic manufacturing method is the same as that of the first embodiment, and will be omitted. However, in Examples 1 to 3, the convex portion 104 was formed on the fixed electrode side, but in this example, it was formed on the back side (the surface on the substrate side) of the cantilever also serving as the counter electrode. The effect of preventing the short circuit between the counter electrode and the fixed electrode and the sticking phenomenon due to this convex portion is not significantly different from those of Examples 1 to 3 manufactured on the fixed electrode side. However, since the resonance frequency and the spring constant of the cantilever are slightly increased due to the addition of the convex portion, it is necessary to consider it, and it is not desirable to provide the convex portion larger 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。また、製造プロセスにおいても、
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。
In the case where the conventional cantilever type probe having the same structure but having no convex portion is incorporated into the STM device as shown in FIG. 6 and used, when the cantilever is largely bent, the cantilever type probe is There was a case where the fixed electrode was electrically short-circuited, but it was improved by adopting this configuration. Also in the manufacturing process,
The cantilever having the convex portion of this example could be easily released without sticking to the substrate even after the sacrifice layer was removed.

【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。
Example 5 An example will be described in which the STM apparatus shown in FIG. 6 incorporating the cantilever type probe in Example 4 shown in FIG. 5 is used as a processing apparatus.

【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。また、反応性ガスとしてWF6 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
を堆積する事が可能であった。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。
By placing a cantilever probe having a convex portion and a GaAs wafer as a sample in a vacuum container and observing STM with chlorine as a reactive gas, the GaAs sample surface is locally observed. It could be etched. In addition, by introducing WF 6 as a reactive gas, W is introduced only on the STM-observed portion of the sample surface.
Was able to be deposited. As described above, the cantilever type probe having the convex portion according to the first aspect of the present invention could be incorporated into the processing apparatus and used.

【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
FM、STM、加工装置として用いる事が可能であり、
それらの複合装置として用いることが可能であった。
As described in Examples 1 to 5, the cantilever type probe having the convex portion according to the first aspect of the present invention is
It can be used as FM, STM, processing equipment,
It was possible to use them as a composite device of them.

【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。
Embodiment 6 An example in which a cantilever type probe using the second cantilever type displacement element of the present invention as shown in FIG. 7 is applied to an STM device will be described.

【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。
First, a method of manufacturing the cantilever type probe in this embodiment will be described with reference to the sectional views showing the manufacturing process of FIG.

【0060】熱酸化膜202が5000Å形成されたS
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。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、
フォトエッチング法によりパターン形成を行った。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。このとき、
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
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)。
S in which a thermal oxide film 202 of 5000 Å is formed
On the surface of the i substrate 201, an aluminum film having a thickness of 1000 liters was formed by a sputtering method, and a pattern was formed by a photo etching method to form a fixed electrode 203. Subsequently, zinc oxide is formed as a sacrificial layer 209 by a sputtering method,
Pattern formation was performed by the photo etching method. Further, after forming a resist pattern, an aluminum film having a thickness of 3000 Å was formed by a sputtering method, and a pattern was formed by a lift-off method to form a counter electrode 206. At this time,
The counter electrode 206 is formed so as to extend over the thermal oxide film 202 and the sacrificial layer 209, and further, the end portion 221 on the sacrificial layer 209.
The position was formed 5 μm shorter than the end 222 of the fixed electrode 203 (see FIG. 8A).

【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
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。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)
参照)。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 1 μm is formed by the sputtering method, and the counter electrode 20 is formed by the photoetching method.
A pattern was formed so as to cover 6 and an insulating layer 207 was formed. At this time, the end portion 223 of the insulating layer 207 was formed so as to fit on the end portion 222 of the fixed electrode 203 (FIG. 8B).
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, 3000 Å of gold was deposited by the vacuum evaporation method, and the extraction electrode 213 was formed on the insulating layer 207 by the photo etching method (see FIG. 8C).

【0063】次に、引き出し電極213上に探針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)。
Next, the probe 208 is placed on the extraction electrode 213.
After forming, the zinc oxide of the sacrificial layer 209 was removed with an aqueous acetic acid solution to obtain a cantilever probe (see FIG. 8D).

【0064】以上のようにして作製した長さ400μ
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
で変位することがわかった。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。
400 μm in length manufactured as described above
When the cantilever was displaced by applying a voltage to the counter electrode and the fixed electrode of the cantilever type displacement element having a width of m and a width of 100 μm, the cantilever was displaced in a direction perpendicular to the substrate surface (Z direction) by 0.2 μm / V
It turned out to be displaced by. Further, the cantilever type probe was incorporated into an STM device and evaluated.

【0065】図10はSTM装置のブロック図であり、
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
34はカンチレバー型変位素子、235はサンプル、2
36はXY方向微動機構である。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。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。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。
FIG. 10 is a block diagram of the STM device.
In the figure, 231 is a bias applying power source, 232 is a tunnel current amplifier circuit, 233 is a cantilever driving driver, 2
34 is a cantilever type displacement element, 235 is a sample, 2
Reference numeral 36 is an XY direction fine movement mechanism. Here, the tunnel current It flowing between the probe 208 and the sample 235 is detected, feedback is performed so that It becomes constant, the cantilever is driven, and the interval between the probe 208 and the sample 235 is kept constant. There is. Here, as the sample 235, 500 Å vapor-deposited gold on silicon was used, and when observed with a bias current of 1 nA and a scan area of 1 μm × 1 μm, an STM image of gold with a grain size of about 300 Å could be obtained with good reproducibility. . Further, although the STM operation was continuously performed, the counter electrode and the fixed electrode were not electrically short-circuited, and the durability of the device was improved.

【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。
If desired response and rigidity of the cantilever type displacement element are required, the cantilever may be designed by changing its length and 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。
Example 7 Another example of a cantilever type probe using the second cantilever type displacement element of the present invention 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。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。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。
FIG. 9 is a schematic view of the cantilever type probe of this example, and a cantilever type probe was prepared in the same manner as in Example 6 except that the shape of the insulating layer 207 of the cantilever was changed. Specifically, in the step of FIG. 8A, after forming the counter electrode 206, the sacrifice layer 209 is etched by 2000 Å using the counter electrode 206 as a mask to form a step in the sacrifice layer 209, and then the insulating layer 207 is formed. Then, pattern formation was performed to manufacture a cantilever type probe having a shape as shown in FIG. An STM device as shown in FIG. 10 was constructed using this cantilever probe and evaluated in the same manner as in Example 6, and the same results as in Example 6 were obtained.

【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。
Further, the cantilever type probe according to the second aspect of the present invention can be applied to the AFM, STM, processing apparatus, and their combined apparatus, like the cantilever type probe according to the first aspect of the present invention described above.

【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。
Embodiment 8 In this embodiment, a third cantilever type displacement element of the present invention as shown in FIG. 11 is manufactured, and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIG.

【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Si34 を3
00nm成膜し保護膜とする。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
(a)参照)。
First, 3 Si 3 N 4 was deposited on the surface of the single crystal silicon substrate 301 having a plane orientation (100) by a low pressure CVD method.
A film having a thickness of 00 nm is formed as a protective film. Then, photolithography was performed to form a resist pattern 311 (FIG. 12).
(See (a)).

【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)。
Next, the anisotropic etching of silicon was performed by utilizing the fact that the etching rate was largely different depending on the plane orientation to form the raised portion 304 in which the (111) plane was exposed (see FIG. 12B).

【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)。
Next, Cr was deposited to a thickness of about 1 nm by sputter deposition to secure adhesion, and Au was then deposited to a thickness of 100 nm to form an electrode film 312 (see FIG. 12C).

【0074】次にフォトリソグラフにより電極膜312
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)。
Next, the electrode film 312 is formed by photolithography.
The unnecessary portion of was removed by etching to form the fixed electrode 305 (see FIG. 12D).

【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)。
Next, ZnO was deposited to a thickness of 2 μm by sputter deposition to form 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
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)。
Next, the sacrifice layer film 31 is formed by photolithography.
The unnecessary portion of No. 3 was removed by etching to leave the sacrificial layer 314 (see FIG. 12F).

【0077】更にこの上にスパッタ蒸着によりCrを1
0nm成膜し、Auを200nm形成したのち、再びC
rを10nm蒸着した。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)。
Further, Cr is deposited on the above by sputtering deposition.
After forming a film with a thickness of 0 nm and forming Au with a thickness of 200 nm, C is formed again.
10 nm of r was vapor-deposited. The unnecessary portion of the electrode film thus formed was removed by etching to form the counter electrode 306 (see FIG. 12 (g)).

【0078】次にスパッタ蒸着によりSiO2 を1μm
成膜し、弾性層315を形成した(図12(h)参
照)。
Next, SiO 2 is deposited to a thickness of 1 μm by sputter deposition.
A film was formed to form an elastic layer 315 (see FIG. 12 (h)).

【0079】再びフォトリソグラフを行い、弾性層31
5の不要部分をエッチング除去し、カンチレバー303
となる部分を残した(図12(i)参照)。
Photolithography is performed again, and the elastic layer 31
The unnecessary portion of 5 is removed by etching, and the cantilever 303
The remaining part was left (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
が形成され、カンチレバー型変位素子を得た(図12
(j)参照)。
Finally, the sacrifice layer 314 is removed by dry etching to form the cantilever 303 on the substrate.
Was formed, and a cantilever type displacement element was obtained (Fig. 12).
(See (j)).

【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:I2 水溶液、Crに対しては
(NH42 Ce(NO36 :HClO4 水溶液、Z
nOに対しては酢酸水溶液を用いた。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CF4 ガスを用いた。
Here, the solution and gas used for etching were KI: I 2 aqueous solution for Au, (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6 : HClO 4 aqueous solution for Cr, and Z.
An acetic acid aqueous solution was used for nO. An aqueous solution of KOH was used for anisotropic etching of Si, and CF 4 gas was used for dry etching.

【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。
The substances used for the electrodes, the sacrificial layer and the elastic layer are not limited to the above, and other substances can be used.

【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。
An example of the dimensions of the main part of the cantilever type displacement element manufactured in this example is shown below.

【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。
Height of raised portion 304: 280 μm Length of inclined portion of raised portion 304: 350 μm Length of cantilever 303: 360 μm Width of cantilever 303: 50 μm Despite being able to move away from the substrate surface, a displacement amount per drive voltage similar to that of the conventional element having the same cantilever size was 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。図
13(a)は上面図であり、図13(b)は図13
(a)中の破線A−A’における断面図である。
Example 9 FIG. 13 shows a cantilever probe of this example. FIG. 13A is a top view and FIG. 13B is FIG.
It is sectional drawing in dashed line AA '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。
In addition to the structure of the eighth embodiment, the cantilever probe of the present embodiment additionally has a conductive probe 321 and a lead electrode 322 connected thereto at the tip of the cantilever.

【0087】上記の探針321は、引き出し電極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。
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。
The probe 321 has the extraction electrode 322.
Is formed by vapor deposition and photolithography, then photoresist is applied to a thickness of 5 μm, the resist is removed only at the position where the probe 321 is formed, an opening is formed, and it is formed by combining vacuum vapor deposition from a diagonal direction and substrate rotation. .
This method is known as a method for forming a microstructure having a high aspect ratio.

【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。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
1と試料表面との距離を一定に保つことができる。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。
The cantilever type probe of this embodiment can be used as a probe of a scanning probe microscope. For example, a tunnel current that flows when the tip of the probe 321 is brought close to the surface of the conductive sample by about several nm is detected, and the drive voltage of the cantilever is fed back to the probe 32.
The distance between 1 and the sample surface can be kept constant. By scanning the cantilever in the in-plane direction of the sample by the external scanning means in such a state, it becomes possible to observe minute irregularities and conductivity distribution on the sample surface from changes in the feedback voltage.

【0089】本実施例のカンチレバー型プローブでは、
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。
In the cantilever type probe of this embodiment,
When the probe is brought closer to the sample surface, the restriction of the protrusion on the substrate surface is relaxed, and the probe can be brought closer to the sample surface more reliably.

【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。
Embodiment 10 In this embodiment, a plurality of cantilever type probes described in Embodiment 9 are manufactured on the same silicon substrate and integrated with a semiconductor element to form an integrated probe 330 as shown in FIG. It was made.

【0091】図14において、同一シリコン基板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。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。
In FIG. 14, the same silicon substrate 301 is used.
Each of the cantilever type probes formed above is connected to the semiconductor element 331. Internal wiring 332 is connected to the semiconductor element 331, and input / output with the outside is possible through an external terminal 333.

【0092】かかる集積化プローブは、前述実施例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。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。
Such an integrated probe is used in the above-mentioned embodiment 8,
In the manufacturing method described in 9, it can be manufactured only by expanding the photolithographic pattern. As described above, since a plurality of cantilevers can be formed on the same substrate at the same time, the dimensional accuracy is very high, and the variation in characteristics between the cantilevers can be suppressed to be very small.

【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。
Further, by using Si single crystal as the substrate, semiconductor elements such as transistors and diodes can be integrated on the same substrate, and an amplifier for tunnel current amplification and cantilever driving can be integrated. 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。これにより、
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。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。
FIG. 15 is a diagram schematically showing an STM device using the integrated probe of this embodiment. This allows
By using the integrated probe 330, it is possible to simultaneously observe STM images of a plurality of minute regions on the surface of the observation target 353. In the figure, reference numerals 351 and 352 denote movable stages having a coarse movement mechanism in the X, Y, and Z directions. The integrated probe 330 is fixed to the movable stage 351, and 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
5,356はXY方向の微粗動機構である。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。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。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。
Reference numeral 354 is a coarse movement mechanism in the Z direction.
Reference numerals 5,356 denote fine movement mechanisms in the XY directions. Reference numeral 357 is an adjustment mechanism for parallelizing the observation target 353 and the integrated probe 330. Reference numerals 358 and 359 denote computer systems for controlling the respective fine coarse movement mechanisms. Reference numeral 360 is a control device for detecting a tunnel current from each probe and feeding back the amount of displacement of the cantilever.

【0096】図16は図15における集積化プローブ3
30と観察対象353の一部分を拡大した断面図であ
る。
FIG. 16 shows the integrated probe 3 in FIG.
It is sectional drawing which expanded 30 and a part of 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、
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。
By using the cantilever type probe according to the present invention in such an STM system,
The degree of freedom in selecting the mounted elements has been greatly improved, and the difficulty in connecting to the outside and driving it has been 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。
An example of the dimensions of the integrated probe manufactured in this example is shown below.

【0099】集積化プローブ330の外径…40mm×
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。
Outer diameter of integrated probe 330 ... 40 mm ×
40 mm × 1 mm Number of cantilevers… 90 Length of each cantilever… 500 μm Width of each cantilever… 50 μm Height of probe 321… 3 μm Example 11 FIG. 17: Information using the integrated probe described in Example 10 The schematic diagram of the information processing apparatus which can perform recording / playback of FIG.

【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。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。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
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。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。387はこれらの操作を制御するコ
ンピュータである。
In the figure, 373 is a recording layer whose resistance value is changed by applying a voltage, 372 is a metal electrode layer, and 371 is a recording medium substrate. 374 is an XY stage, 375 is an integrated probe according to the present invention, 376 is an integrated probe support, 377 is a linear actuator for coarsely moving the integrated probe in the Z direction, 378 and 379 are XY stages, respectively. A linear actuator 380 driven in the Y direction is a recording / reproducing bias circuit. Three
Reference numeral 81 is a tunnel current detector, 382 is a servo circuit for moving the integrated probe in the Z-axis direction, 383
Is a servo circuit for driving the actuator 377. Reference numeral 384 is a drive circuit for minutely displacing each cantilever, 385 is a drive circuit for the actuator 377, and 386 is a drive circuit for controlling the position of the XY stage. 387 is a computer that controls these operations.

【0101】このようなシステムを用いることにより、
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。
By using such a system,
It is possible to record a large amount of information at a high density, and since a large number of probes are integrated and they are simultaneously scanned, high-speed recording / reproducing can be performed.

【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。
By using the third cantilever type displacement element of the present invention in such a system, the limitation of the element arranged on the substrate is relaxed, the tracking performance at the time of recording and reproducing is improved, and the error at the time of writing and reading is caused. The occurrence rate can be reduced.

【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。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。
Further, the cantilever type probe according to the third aspect of the present invention can be applied to the AFM, STM, processing apparatus, and their combined apparatus in the same manner as the cantilever type probe according to the first and second aspects of the present invention described above. You can On the other hand, the cantilever type probes according to the first and second aspects of the present invention can be applied to the information processing apparatus as described above, similarly to the cantilever type probe according to the third aspect of the present invention.

【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。 (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。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。 (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。 (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、
素子の配置や、外部との配線の自由度が増す。
As described above, the present invention has the following effects. (1) In the first cantilever type displacement element of the present invention, the sticking phenomenon is prevented without performing the manufacturing process using the sublimable material by providing the convex portion on the substrate surface or the surface of the cantilever on the substrate side. Therefore, the manufacturing process is simplified and the yield is improved. In addition, when the convex portion is formed of an insulating material, it is possible to avoid an electrical short circuit between the fixed electrode and the counter electrode even if the cantilever is largely displaced, and the durability of the element and its electrical control system is improved. Is improved, which in turn improves the durability of various devices equipped with this element. (2) The second cantilever type displacement element of the present invention can avoid an electrical short circuit between the fixed electrode and the counter electrode by a simple means by the shape of the insulating layer forming the cantilever, and cantilever type displacement element of the first aspect of the present invention. Like the displacement element, the durability of the element and various devices equipped with the element is improved. (3) In the third cantilever type displacement element of the present invention, since the substrate surface under the cantilever is raised and the fixed electrode is provided on the raised portion, the tip of the cantilever is placed on the substrate surface without lowering the displacement amount. Away from you,
The degree of freedom in the arrangement of elements and the wiring to the outside increases.

【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。
Further, in the scanning tunneling microscope and the information processing apparatus constructed by using this element, it is possible to avoid the contact between the sample or the recording medium and the element substrate, and to realize a more reliable apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a cantilever type probe according to a first aspect of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a diagram for explaining a manufacturing process of the cantilever type probe of FIG.

【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。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a cantilever type probe according to a first embodiment of the present invention shown in a second embodiment.

【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。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a cantilever probe according to a first embodiment of the present invention shown in a third embodiment.

【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。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a cantilever type probe according to a first embodiment of the present invention shown in a fourth embodiment.

【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。
FIG. 6 is a schematic view of a scanning probe microscope incorporating a cantilever probe according to the first aspect of the present invention.

【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。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of a cantilever type probe according to a second aspect of the present invention.

【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。
FIG. 8 is a diagram for explaining 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。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a cantilever type probe according to a second aspect of the present invention 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。
FIG. 10 is a schematic view of an STM device incorporating a cantilever type probe according to the second aspect of the present invention.

【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。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a third cantilever type displacement element of the present invention.

【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。
FIG. 12 is a diagram for explaining a manufacturing process of the cantilever displacement element in FIG. 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。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a cantilever type probe according to a third aspect of the present invention shown 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。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an integrated probe according to a third aspect of the present invention shown in Example 10.

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

【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。
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a conventional cantilever probe.

【符号の説明】[Explanation 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 301 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 101 substrate 102 insulating film 103 fixed electrode 104 convex portion 105 void 106 cantilever also serving as counter electrode 107 insulating film 108 probe 109 sacrifice layer 110 protrusion 111 convex portion 112 fixed electrode wiring 113 extraction electrode 120 sample 121, 122 wiring 123 Capacitance detection unit (electrostatic drive unit) 124 Tunnel current detection unit 125, 126 Wiring 201 Substrate 202 Insulating layer 203 Fixed electrode 206 Counter electrode 207 Insulating layer 208 Probe 209 Sacrificial layer 213 Leading electrode 221 Counter electrode end 222 Fixed electrode end 223 Insulating layer end 231 Bias application power supply 232 Tunnel current amplification circuit 233 Cantilever drive driver 234 Cantilever type displacement element 235 Sample 236 XY direction fine movement mechanism 3 01 substrate 302 fixed part 303 cantilever 304 raised part 305 fixed electrode 306 counter electrode 311 resist pattern 312 electrode film 313 sacrificial layer film 314 sacrificial layer 315 elastic layer 321 probe 322 extraction electrode 330 integrated probe 331 semiconductor element 332 internal wiring 333 external Terminals 351 and 352 Movable stage 353 Observation target 354 Z direction coarse movement mechanism 355, 356 X and Y direction fine coarse movement mechanism 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 Recording / playback bias circuit Road 381 Tunnel current detector 382,383 Servo circuit 384,385,386 Drive circuit 387 Computer 401 Si wafer 402 Fixed electrode 403 Si 404 Counter electrode 405 Cantilever 406 Insulation 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Yasuhiro Shimada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yu Nakayama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Within the corporation

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A cantilever type displacement element comprising a fixed electrode formed on a substrate and a cantilever provided on the substrate, the cantilever having a counter electrode facing the fixed electrode, the substrate and the cantilever. A cantilever-type displacement element having a convex portion between and on the surface of the substrate or on the surface of the cantilever on the substrate side.
【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。
2. The cantilever type displacement element according to claim 1, wherein the convex portion is provided in plural.
【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。
3. The cantilever type displacement element according to claim 1, wherein the convex portion is an insulator.
【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 cantilever-type displacement element comprising a fixed electrode formed on a substrate and a cantilever provided on the substrate, the cantilever having an opposed electrode facing the fixed electrode, wherein the cantilever is opposed to the cantilever. A cantilever-type displacement element, characterized in that an insulating layer protruding from the electrode toward the free end side is formed.
【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。
5. The cantilever type displacement element according to claim 4, wherein the fixed electrode is formed longer than the counter electrode in the free end direction of the cantilever.
【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 cantilever according to claim 4, wherein a distance between the insulating layer at the free end of the cantilever and the fixed electrode is shorter than a distance between the counter electrode and the fixed electrode. Mold displacement element.
【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 cantilever type provided with a fixed electrode formed on a raised portion of a substrate, and a cantilever provided on the substrate so as to have a counter electrode facing the fixed electrode and along the raised portion. Displacement element.
【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 comprising a plurality of cantilever type displacement elements according to claim 1 formed on the same substrate.
【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 claim 1, wherein a sharp probe is provided at a free end of the cantilever.
【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、
且つ、前記固定電極と前記対向電極間の静電力により、
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。
10. A cantilever type probe according to claim 9, wherein the probe is brought close to a sample surface for scanning,
And due to the electrostatic force between the fixed electrode and the counter electrode,
A scanning probe microscope that displaces the cantilever in a direction perpendicular to a scanning plane.
【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、
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。
11. A cantilever type probe according to claim 9, wherein the probe is brought into contact with a sample surface for scanning,
A scanning probe microscope that detects displacement of the cantilever in a direction perpendicular to a scanning surface by detecting capacitance between the fixed electrode and the counter electrode.
【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. A processing apparatus using the microscope configuration according to claim 10 or 11 for changing the characteristics of a sample surface.
【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 comprising a plurality of microscopes or processing devices according to claim 10 as one device.
【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. A cantilever type probe according to claim 9, wherein the probe is brought close to a recording medium, and a voltage is applied between the probe and the recording medium to record and / or reproduce information. Information processing device to perform.
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