JPH07318571A - 集積化走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
集積化走査トンネル顕微鏡Info
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- JPH07318571A JPH07318571A JP10812394A JP10812394A JPH07318571A JP H07318571 A JPH07318571 A JP H07318571A JP 10812394 A JP10812394 A JP 10812394A JP 10812394 A JP10812394 A JP 10812394A JP H07318571 A JPH07318571 A JP H07318571A
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- electrode
- stm
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 走査トンネル顕微鏡を集積化し、複数の走査
トンネル顕微鏡を同時に動作させることを可能にするこ
と。 【構成】 制御回路、記憶回路、演算回路を同一チップ
上に集積し、該記憶回路に入力されている情報に基づい
て可動電極の動きを該演算回路、制御回路によって制御
する。静電的な力を利用したアクチュエータを形成し、
ＳＴＭ動作させる。複数個の該可動電極に各々走査探針
を具備し、かつ該複数個の可動電極を対象物に対し同時
に位置制御可能である。 【効果】 非常に小型化されたＳＴＭを基本構造とし
て、制御回路とＳＴＭを同一チップ上に集積できるた
め、多数のＳＴＭを並列に高密度実装可能であり、実用
的な並列化ＳＴＭを実現できる。
トンネル顕微鏡を同時に動作させることを可能にするこ
と。 【構成】 制御回路、記憶回路、演算回路を同一チップ
上に集積し、該記憶回路に入力されている情報に基づい
て可動電極の動きを該演算回路、制御回路によって制御
する。静電的な力を利用したアクチュエータを形成し、
ＳＴＭ動作させる。複数個の該可動電極に各々走査探針
を具備し、かつ該複数個の可動電極を対象物に対し同時
に位置制御可能である。 【効果】 非常に小型化されたＳＴＭを基本構造とし
て、制御回路とＳＴＭを同一チップ上に集積できるた
め、多数のＳＴＭを並列に高密度実装可能であり、実用
的な並列化ＳＴＭを実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は走査トンネル顕微鏡を集
積化可能とし、複数の走査トンネル顕微鏡を同時に動作
させることを可能にする新規な構造に関するものであ
る。
積化可能とし、複数の走査トンネル顕微鏡を同時に動作
させることを可能にする新規な構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】走査トンネル顕微鏡（Scanning Tunneli
ng Microscope:STM）は、固体表面の原子を一個一個検
出することが可能であるばかりでなく、固体表面の原子
を移動させ、任意の位置に置くことができるため、超微
細加工の手段として注目されている。（例えば、ジェ
ー、ストロシオ、サイエンス、254巻1319頁(1991年).
J.Stroscio, et.al., Science, 254, 1319 (1991).） しかし、従来のＳＴＭでは、一つの探針に一つの圧電素
子からなる移動制御手段が必要で、このため寸法が非常
に大きくなるという問題点があった。したがってＳＴＭ
により数ナノメートル（ｎｍ）という超小型の構造を形
成しても、これを数センチメートル（ｃｍ）おきにしか
配置できず、集積化という点では問題があった。
ng Microscope:STM）は、固体表面の原子を一個一個検
出することが可能であるばかりでなく、固体表面の原子
を移動させ、任意の位置に置くことができるため、超微
細加工の手段として注目されている。（例えば、ジェ
ー、ストロシオ、サイエンス、254巻1319頁(1991年).
J.Stroscio, et.al., Science, 254, 1319 (1991).） しかし、従来のＳＴＭでは、一つの探針に一つの圧電素
子からなる移動制御手段が必要で、このため寸法が非常
に大きくなるという問題点があった。したがってＳＴＭ
により数ナノメートル（ｎｍ）という超小型の構造を形
成しても、これを数センチメートル（ｃｍ）おきにしか
配置できず、集積化という点では問題があった。
【０００３】一方、半導体技術を用いて櫛型の電極を形
成し、この電極間に電圧を印加して、静電気力により作
動させるアクチュエータが提案されている。しかし、こ
の方法によっても素子寸法を十分に小さくすることは不
可能である。この理由は該櫛型電極間に働く力が電極の
相対する面積に比例するため、電極自身の面積を小さく
できないことにある。このため、このようなアクチュエ
ータを用いても所望の寸法の超小型集積ＳＴＭは実現不
可能であった。
成し、この電極間に電圧を印加して、静電気力により作
動させるアクチュエータが提案されている。しかし、こ
の方法によっても素子寸法を十分に小さくすることは不
可能である。この理由は該櫛型電極間に働く力が電極の
相対する面積に比例するため、電極自身の面積を小さく
できないことにある。このため、このようなアクチュエ
ータを用いても所望の寸法の超小型集積ＳＴＭは実現不
可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記従
来技術では不可能であった超小型集積ＳＴＭを実現する
ことにある。
来技術では不可能であった超小型集積ＳＴＭを実現する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、集積回路技術を用いて形成可能な、静電
的な力を利用したアクチュエータによって、超小型集積
ＳＴＭを実現する手段を開示する。
に本発明では、集積回路技術を用いて形成可能な、静電
的な力を利用したアクチュエータによって、超小型集積
ＳＴＭを実現する手段を開示する。
【０００６】
【作用】本発明によれば走査トンネル顕微鏡を集積化可
能とし、複数の走査トンネル顕微鏡を同時に動作させる
ことを可能にする新規な集積化走査トンネル顕微鏡構造
を開示するものである。すなわち、図１に示したように
可動電極４とそれを囲むように形成された固定電極１及
び６からなる駆動部分を持つアクチュエータを有する。
該可動電極４に一定電位を印加し、これに対して固定電
極１及び６に各々正負の電圧を印加すると、固定電極１
及び６に印加した電位により該可動電極４が固定電極１
あるいは固定電極６の方向に力を受け移動する。
能とし、複数の走査トンネル顕微鏡を同時に動作させる
ことを可能にする新規な集積化走査トンネル顕微鏡構造
を開示するものである。すなわち、図１に示したように
可動電極４とそれを囲むように形成された固定電極１及
び６からなる駆動部分を持つアクチュエータを有する。
該可動電極４に一定電位を印加し、これに対して固定電
極１及び６に各々正負の電圧を印加すると、固定電極１
及び６に印加した電位により該可動電極４が固定電極１
あるいは固定電極６の方向に力を受け移動する。
【０００７】該可動電極４、固定電極１、固定電極６及
び支持ビーム７を構成する材料は、導電性であればよ
い。たとえば金属、半導体等を用いることが可能であ
る。特に不純物を大量にドープし、導電性を良くした多
結晶シリコンを用いることが適している。
び支持ビーム７を構成する材料は、導電性であればよ
い。たとえば金属、半導体等を用いることが可能であ
る。特に不純物を大量にドープし、導電性を良くした多
結晶シリコンを用いることが適している。
【０００８】更に、これらの可動電極４、固定電極１、
固定電極６及び支持ビーム７は、周囲に絶縁体２、３、
５及び９を形成することにより、周囲と絶縁され、良好
な動作特性を示す。該絶縁体の材料としては、窒化シリ
コンが最も適しているが、必ずしもこれだけに限らず、
たとえば酸化シリコン等も使用できるのは言うまでもな
い。該絶縁体２、３、５、９の膜厚は、膜の応力によっ
て決めることができる。たとえば上下の膜の材料が同じ
ときは、各々の膜厚を等しくすることにより、上下の応
力を等しくできる。一方上下の膜の材料が異なる場合に
は、応力と膜厚の積がほぼ等しくなるような膜厚を選ぶ
のが適当である。
固定電極６及び支持ビーム７は、周囲に絶縁体２、３、
５及び９を形成することにより、周囲と絶縁され、良好
な動作特性を示す。該絶縁体の材料としては、窒化シリ
コンが最も適しているが、必ずしもこれだけに限らず、
たとえば酸化シリコン等も使用できるのは言うまでもな
い。該絶縁体２、３、５、９の膜厚は、膜の応力によっ
て決めることができる。たとえば上下の膜の材料が同じ
ときは、各々の膜厚を等しくすることにより、上下の応
力を等しくできる。一方上下の膜の材料が異なる場合に
は、応力と膜厚の積がほぼ等しくなるような膜厚を選ぶ
のが適当である。
【０００９】図２に示した鳥観図のごとく、可動電極４
は奥行き方向に有限の長さを持ち、支持ビーム７Ａ、７
Ｂによって両端を支持されており、固定電極１及び６の
間に位置している。該支持ビーム７Ａ、７Ｂの形状は図
２に示したような直線状である必要は必ずしも無く、ジ
グザグ状等、該可動電極４の動きを固定電極１及び６の
方向に可能にするものであれば良い。又、該支持ビーム
７Ａは、一端を支持基板８に接続され、これにより該固
定電極１及び６に接触すること無く可動電極４が可動に
なる。
は奥行き方向に有限の長さを持ち、支持ビーム７Ａ、７
Ｂによって両端を支持されており、固定電極１及び６の
間に位置している。該支持ビーム７Ａ、７Ｂの形状は図
２に示したような直線状である必要は必ずしも無く、ジ
グザグ状等、該可動電極４の動きを固定電極１及び６の
方向に可能にするものであれば良い。又、該支持ビーム
７Ａは、一端を支持基板８に接続され、これにより該固
定電極１及び６に接触すること無く可動電極４が可動に
なる。
【００１０】図２において、手前側の支持ビーム７Ｂと
支持基板の接続は図の構成上描いていないが、奥側の支
持ビーム７Ａと支持基板８の接続構造と同様な構造とす
ることができる。
支持基板の接続は図の構成上描いていないが、奥側の支
持ビーム７Ａと支持基板８の接続構造と同様な構造とす
ることができる。
【００１１】図３は、図１に断面図、図２に鳥観図で示
した構造を基礎に、ｘ方向、ｙ方向の二方向に駆動でき
るように発展させた構造を平面図で示したものである。
固定電極１が可動電極４よりも小さく描いてあるが、こ
の大小関係は必ずしも本発明の本質的な点ではなく、可
動電極の方が小さくても、また同じ大きさでも良い。
した構造を基礎に、ｘ方向、ｙ方向の二方向に駆動でき
るように発展させた構造を平面図で示したものである。
固定電極１が可動電極４よりも小さく描いてあるが、こ
の大小関係は必ずしも本発明の本質的な点ではなく、可
動電極の方が小さくても、また同じ大きさでも良い。
【００１２】図３に示した構造により、図平面内の二次
元的な動作が可能になる。図２に一部を示した支持基板
８は、図３に示したように該集積化走査トンネル顕微鏡
構造全体を支持するものである。すなわち該可動電極４
は該ビーム７によって、又固定電極１及び６は直接、各
々該支持基板に接続され、適切な動作を保てるように構
成されている。後の実施例にも述べるように、該ビーム
７と、該支持基板８は同一材料で形成すると、作成が容
易になる。
元的な動作が可能になる。図２に一部を示した支持基板
８は、図３に示したように該集積化走査トンネル顕微鏡
構造全体を支持するものである。すなわち該可動電極４
は該ビーム７によって、又固定電極１及び６は直接、各
々該支持基板に接続され、適切な動作を保てるように構
成されている。後の実施例にも述べるように、該ビーム
７と、該支持基板８は同一材料で形成すると、作成が容
易になる。
【００１３】可動電極４と固定電極１及び６の間に印加
された電圧と可動電極の変位量の関係を示したのが図４
である。最大電圧Ｖmaxを印加した時の該可動電極４の
最大変位量Δmaxよりも印加電圧が小さい場合には、印
加した電圧と変位量の間にほぼ直線的な関係があること
が分かる。印加電圧が最大電圧Ｖmaxを超えると、直線
性は得られなくなり、変位量変化が電圧変化量に比して
小さくなる。したがって本構成によれば、印加電圧が最
大電圧Ｖmax以下の領域で電極間に印加する電圧によっ
て電極間の距離を精度よく制御可能である。
された電圧と可動電極の変位量の関係を示したのが図４
である。最大電圧Ｖmaxを印加した時の該可動電極４の
最大変位量Δmaxよりも印加電圧が小さい場合には、印
加した電圧と変位量の間にほぼ直線的な関係があること
が分かる。印加電圧が最大電圧Ｖmaxを超えると、直線
性は得られなくなり、変位量変化が電圧変化量に比して
小さくなる。したがって本構成によれば、印加電圧が最
大電圧Ｖmax以下の領域で電極間に印加する電圧によっ
て電極間の距離を精度よく制御可能である。
【００１４】
【実施例】以下本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。
る。
【００１５】実施例１ 本実施例では図３に示す新構造可動電極構造の実現方法
について開示する。
について開示する。
【００１６】図５Ａは、シリコン基板３１上に、化学蒸
着（Chemical Vapor Deposition:CVD）法により窒化シ
リコン膜（SiN）３９を１００ｎｍの厚さに堆積し、更
にボロンを１ｘ１０20／cm3ドープしたpolySi３２をCVD
法で５００ｎｍの厚さに堆積後、同様にボロンを１ｘ１
０20／cm3ドープした多結晶シリコン(polySi)層３３、
厚さ１００ｎｍのSiN３４を各々堆積し、パターニング
した状態を示す。
着（Chemical Vapor Deposition:CVD）法により窒化シ
リコン膜（SiN）３９を１００ｎｍの厚さに堆積し、更
にボロンを１ｘ１０20／cm3ドープしたpolySi３２をCVD
法で５００ｎｍの厚さに堆積後、同様にボロンを１ｘ１
０20／cm3ドープした多結晶シリコン(polySi)層３３、
厚さ１００ｎｍのSiN３４を各々堆積し、パターニング
した状態を示す。
【００１７】図５Ｂは、該構造を酸化し厚さ２００ｎｍ
の熱酸化膜３５を成長後、再びボロンを１ｘ１０20／ｃ
ｍ3ドープしたpolySi３６を５００ｎｍの厚さに堆積後
パターニングした状態を示す。
の熱酸化膜３５を成長後、再びボロンを１ｘ１０20／ｃ
ｍ3ドープしたpolySi３６を５００ｎｍの厚さに堆積後
パターニングした状態を示す。
【００１８】図５Ｃは、CVD法により酸化膜(SiO2)４０
を堆積し、平坦化後再びボロンを１ｘ１０20／ｃｍ3ド
ープしたpolySi３８を堆積し、パターニングした状態を
示す。
を堆積し、平坦化後再びボロンを１ｘ１０20／ｃｍ3ド
ープしたpolySi３８を堆積し、パターニングした状態を
示す。
【００１９】図５Ｄは、裏面からシリコン基板３１を１
００℃に加熱した水酸化カリウム(KOH)水溶液で異方性
エッチし、窓３１Ａを開けた後、露出したSiN３９およ
びpolySi３２を該開口部３１に従ってフッ素をベースと
した反応性ガスを用いたドライエッチグ法で除去し更に
フッ酸(HF)により該シリコン酸化膜３５および４０を除
去し構造を完成させた状態を示す。
００℃に加熱した水酸化カリウム(KOH)水溶液で異方性
エッチし、窓３１Ａを開けた後、露出したSiN３９およ
びpolySi３２を該開口部３１に従ってフッ素をベースと
した反応性ガスを用いたドライエッチグ法で除去し更に
フッ酸(HF)により該シリコン酸化膜３５および４０を除
去し構造を完成させた状態を示す。
【００２０】このようにしてpolySi３６からなる可動電
極、polySi３２、３３、３８からなる固定電極を各々形
成可能である。尚この形成の際に、polySi３２、３３、
３６、３８の、各々の露出している表面は、SiNで覆う
ことにより、該polySi層の表面を保護した構造を実現可
能である。
極、polySi３２、３３、３８からなる固定電極を各々形
成可能である。尚この形成の際に、polySi３２、３３、
３６、３８の、各々の露出している表面は、SiNで覆う
ことにより、該polySi層の表面を保護した構造を実現可
能である。
【００２１】すなわち、KOH水溶液で異方性エッチする
場合等に、非常に激しい条件で加工されるシリコン表面
を保護できるため、安定した構造を形成できる。この場
合の膜厚条件等は、前述のごとく膜の応力によって決ま
るが、同一の絶縁膜材料を用いる場合には、同一の膜厚
にすることが適当である。但し、加工時のマスク合わせ
精度を考慮して、合わせ余裕を与える場合には、最終的
な膜厚を等しくしなければならない。すなわち、ビーム
の幅を１μｍ、合わせ余裕を０．２５μｍとすると、下
側の膜厚を１、上側の膜厚をｔとすると、上下の応力が
一致することから、 １ｘ１＋０．２５ｘ２ｘ（ｔ＋１）＝ｔ ∴ｔ＝３ したがって上下の膜厚比は、３：１にすることが望まし
い。実際には、中間のpolySi層の応力による緩和も関係
するため、上下の膜厚比として、１．５：１〜４：１程
度の範囲の膜厚を選ぶことができる。
場合等に、非常に激しい条件で加工されるシリコン表面
を保護できるため、安定した構造を形成できる。この場
合の膜厚条件等は、前述のごとく膜の応力によって決ま
るが、同一の絶縁膜材料を用いる場合には、同一の膜厚
にすることが適当である。但し、加工時のマスク合わせ
精度を考慮して、合わせ余裕を与える場合には、最終的
な膜厚を等しくしなければならない。すなわち、ビーム
の幅を１μｍ、合わせ余裕を０．２５μｍとすると、下
側の膜厚を１、上側の膜厚をｔとすると、上下の応力が
一致することから、 １ｘ１＋０．２５ｘ２ｘ（ｔ＋１）＝ｔ ∴ｔ＝３ したがって上下の膜厚比は、３：１にすることが望まし
い。実際には、中間のpolySi層の応力による緩和も関係
するため、上下の膜厚比として、１．５：１〜４：１程
度の範囲の膜厚を選ぶことができる。
【００２２】実施例２ 本実施例では、新構造可動電極構造を用いた一次元STM
構造を開示する。図６は可動電極１１、固定電極１２、
１３、支持ビーム１４Ａ、１４Ｂ、支持ビーム１４Ａ、
１４Ｂが接続されている支持基板１７からなる構造にお
いて、該可動電極１１側に探針１５を取付け、固定電極
１３側に試料１６を形成した状態を示す。該探針１５お
よび可動電極１１、試料１６および固定電極１３は、各
々電気的に絶縁されており、固定電極の電位はビーム１
４Ｂ、探針電流はビーム１４Ａを通して各々供給され
る。該構造により、探針１５と試料１６の間に流れるト
ンネル電流が一定となるように可動電極１１、固定電極
１２、１３間に印加する電極を制御すればＳＴＭ動作が
実現できる。本構造により、探針と試料間の距離を０．
０１ｎｍ以下の精度で制御可能になり、超小型距離制御
機を実現できる。
構造を開示する。図６は可動電極１１、固定電極１２、
１３、支持ビーム１４Ａ、１４Ｂ、支持ビーム１４Ａ、
１４Ｂが接続されている支持基板１７からなる構造にお
いて、該可動電極１１側に探針１５を取付け、固定電極
１３側に試料１６を形成した状態を示す。該探針１５お
よび可動電極１１、試料１６および固定電極１３は、各
々電気的に絶縁されており、固定電極の電位はビーム１
４Ｂ、探針電流はビーム１４Ａを通して各々供給され
る。該構造により、探針１５と試料１６の間に流れるト
ンネル電流が一定となるように可動電極１１、固定電極
１２、１３間に印加する電極を制御すればＳＴＭ動作が
実現できる。本構造により、探針と試料間の距離を０．
０１ｎｍ以下の精度で制御可能になり、超小型距離制御
機を実現できる。
【００２３】尚、該支持ビーム１４Ａ、１４Ｂは、必ず
しも一本ずつである必要は無く、複数本取り付けてもよ
い。該探針１５および試料１６は、可動電極形成時に同
時に形成可能である。先端の形状は通常のリソグラフィ
技術で十分に先鋭な構造を実現できる。
しも一本ずつである必要は無く、複数本取り付けてもよ
い。該探針１５および試料１６は、可動電極形成時に同
時に形成可能である。先端の形状は通常のリソグラフィ
技術で十分に先鋭な構造を実現できる。
【００２４】実施例３ 本実施例では、新構造可動電極構造を用いた二次元ＳＴ
Ｍ構造を開示する。図７は可動電極２１、固定電極２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、ビーム２６Ａ、２６Ｂ、
２６Ｃ、２６Ｄ、支持基板２３からなる構造において、
探針２７を可動電極２１側に、試料２８を固定電極側に
各々形成した状態を示す。固定電極２２Ｃ、２２Ｂによ
り一軸方向の動きを０．０１ｎｍ以下の精度で制御しつ
つ、固定電極２２Ａ、２２Ｄにより探針と試料間の距離
を、同様に０．０１ｎｍ以下の精度で制御可能である。
Ｍ構造を開示する。図７は可動電極２１、固定電極２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、ビーム２６Ａ、２６Ｂ、
２６Ｃ、２６Ｄ、支持基板２３からなる構造において、
探針２７を可動電極２１側に、試料２８を固定電極側に
各々形成した状態を示す。固定電極２２Ｃ、２２Ｂによ
り一軸方向の動きを０．０１ｎｍ以下の精度で制御しつ
つ、固定電極２２Ａ、２２Ｄにより探針と試料間の距離
を、同様に０．０１ｎｍ以下の精度で制御可能である。
【００２５】実施例４ 本実施例では、新構造可動電極構造を用いた三次元ＳＴ
Ｍ構造を開示する。図８は可動電極２１、固定電極２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、支持ビーム２６Ａ、２６
Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、支持基板２３からなる構造におい
て、探針２４を可動電極２１上に形成した状態を示す。
固定電極２２Ｃ、２２Ｂにより一軸方向、たとえばＸ軸
方向の動きを０．０１ｎｍ以下の精度で制御し、固定電
極２２Ａ、２２Ｂにより他軸方向、たとえばＹ軸方向の
動きを、同様に０．０１ｎｍ以下の精度で制御可能であ
る。Ｚ軸方向の動きは、紙面に垂直方法に形成した圧電
素子によって制御できる。探針２４は、たとえば電子線
励起プロセスによって弗化タングステン等のガスを原料
とした堆積方法で形成可能である。
Ｍ構造を開示する。図８は可動電極２１、固定電極２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、支持ビーム２６Ａ、２６
Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、支持基板２３からなる構造におい
て、探針２４を可動電極２１上に形成した状態を示す。
固定電極２２Ｃ、２２Ｂにより一軸方向、たとえばＸ軸
方向の動きを０．０１ｎｍ以下の精度で制御し、固定電
極２２Ａ、２２Ｂにより他軸方向、たとえばＹ軸方向の
動きを、同様に０．０１ｎｍ以下の精度で制御可能であ
る。Ｚ軸方向の動きは、紙面に垂直方法に形成した圧電
素子によって制御できる。探針２４は、たとえば電子線
励起プロセスによって弗化タングステン等のガスを原料
とした堆積方法で形成可能である。
【００２６】図８中に示したＡ−Ａ’の断面を図９に示
す。可動電極２１、固定電極２２Ｂ、２２Ｃ、支持基板
２３、探針２４からなる構造において、該探針２４を乗
せた可動電極２１は、該固定電極２２Ｂ、２２Ｃによっ
てＸ−Ｙ平面上を精度０．０１ｎｍ以下の高精度で位置
制御可能である。本構造全体は、圧電素子（図示せず）
によって、Ｚ軸方向に精密な位置制御がなされる。本実
施例においては、三次元のＳＴＭを実現するために、二
軸を本発明による精密位置制御方式、一軸を従来の圧電
素子による位置制御方式としたが、本発明による精密位
置制御方式を、一軸あるいは三軸使用することも可能で
あることは言うまでもない。
す。可動電極２１、固定電極２２Ｂ、２２Ｃ、支持基板
２３、探針２４からなる構造において、該探針２４を乗
せた可動電極２１は、該固定電極２２Ｂ、２２Ｃによっ
てＸ−Ｙ平面上を精度０．０１ｎｍ以下の高精度で位置
制御可能である。本構造全体は、圧電素子（図示せず）
によって、Ｚ軸方向に精密な位置制御がなされる。本実
施例においては、三次元のＳＴＭを実現するために、二
軸を本発明による精密位置制御方式、一軸を従来の圧電
素子による位置制御方式としたが、本発明による精密位
置制御方式を、一軸あるいは三軸使用することも可能で
あることは言うまでもない。
【００２７】実施例５ 本実施例では、新構造可動電極構造を用いた三次元ＳＴ
Ｍ構造に、制御装置を集積した制御装置集積化ＳＴＭを
開示する。図１０は、図９に開示した二次元ＳＴＭに、
制御装置３０を集積した制御装置集積化ＳＴＭ３１を示
す。本実施例においては、可動電極２１、探針２４が、
固定電極２２Ｃ、２２Ｂにより、二次元的に動作する状
態を、制御装置３０により、制御するものである。すな
わち制御装置３０には、探針２４と、試料（図示せず）
との間に流れるトンネル電流が一定になるようＺ軸方向
の動きを制御する機能、探針２４の二次元的な動きを検
出、制御する機能等、ＳＴＭの動作に必要な基本的な制
御機能のみでなく、任意の探針の動きを可能にする探針
位置制御情報を蓄積することも可能である。したがっ
て、固体表面に所定の構造を形成する場合には、この制
御装置３０に位置情報等を入力しておけば、自動的な所
定の構造の形成が可能になる。
Ｍ構造に、制御装置を集積した制御装置集積化ＳＴＭを
開示する。図１０は、図９に開示した二次元ＳＴＭに、
制御装置３０を集積した制御装置集積化ＳＴＭ３１を示
す。本実施例においては、可動電極２１、探針２４が、
固定電極２２Ｃ、２２Ｂにより、二次元的に動作する状
態を、制御装置３０により、制御するものである。すな
わち制御装置３０には、探針２４と、試料（図示せず）
との間に流れるトンネル電流が一定になるようＺ軸方向
の動きを制御する機能、探針２４の二次元的な動きを検
出、制御する機能等、ＳＴＭの動作に必要な基本的な制
御機能のみでなく、任意の探針の動きを可能にする探針
位置制御情報を蓄積することも可能である。したがっ
て、固体表面に所定の構造を形成する場合には、この制
御装置３０に位置情報等を入力しておけば、自動的な所
定の構造の形成が可能になる。
【００２８】実施例６ 本実施例では、新構造可動電極構造を用いた三次元制御
装置集積化ＳＴＭ３１を複数個並べた、並列化ＳＴＭ構
造を開示する。図１１は図１０に示した三次元制御装置
集積化ＳＴＭ３１を複数個並べた並列化ＳＴＭの概念を
示したものである。並列化ＳＴＭ構造においては、制御
装置３０を、別の回路として異なるチップ上に形成する
ことも可能であるが、一般的には、集積化ＳＴＭと同一
の基板上に形成した方が、性能的にも、コスト的にも有
利であることは、言うまでもない。
装置集積化ＳＴＭ３１を複数個並べた、並列化ＳＴＭ構
造を開示する。図１１は図１０に示した三次元制御装置
集積化ＳＴＭ３１を複数個並べた並列化ＳＴＭの概念を
示したものである。並列化ＳＴＭ構造においては、制御
装置３０を、別の回路として異なるチップ上に形成する
ことも可能であるが、一般的には、集積化ＳＴＭと同一
の基板上に形成した方が、性能的にも、コスト的にも有
利であることは、言うまでもない。
【００２９】本実施例においては、該新構造可動電極を
実施例１に開示した方法で形成し、該三次元ＳＴＭをシ
リコン基板上に実現後、通常のＣＭＯＳプロセスによ
り、ＣＭＯＳからなる制御回路をシリコン基板上に形成
し、並列化ＳＴＭを実現した。無論、ＣＭＯＳからなる
制御回路をシリコン基板上に形成した後、該新構造可動
電極を持つ三次元化ＳＴＭを作成し、並列化ＳＴＭを実
現しても良いことは言うまでもない。
実施例１に開示した方法で形成し、該三次元ＳＴＭをシ
リコン基板上に実現後、通常のＣＭＯＳプロセスによ
り、ＣＭＯＳからなる制御回路をシリコン基板上に形成
し、並列化ＳＴＭを実現した。無論、ＣＭＯＳからなる
制御回路をシリコン基板上に形成した後、該新構造可動
電極を持つ三次元化ＳＴＭを作成し、並列化ＳＴＭを実
現しても良いことは言うまでもない。
【００３０】図１１において、制御装置３０Ａ、３０
Ｂ、３０Ｃにより、各々探針２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの
動きを精密に制御し、所望の構造を形成することが可能
である。この際、探針２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、各々
相異なる情報が書き込まれている制御装置３０Ａ、３０
Ｂ、３０Ｃのメモリ情報によって、一つ一つ独立に制御
されるが、複数の探針を連携させて作動させ、全体とし
て所定の構造となるように、各探針が各部分の構造形成
を分担するような構成とすることも可能である。また本
実施例では三次元制御装置集積化ＳＴＭ３１を３台並列
に並べた、並列化ＳＴＭの例を示したが、この台数は本
発明の本質ではなく、例えば１００台並列に並べても良
い。また、一次元的な配列ばかりではなく、二次元的に
並べることも可能である。例えば、１００台の三次元制
御装置集積化ＳＴＭ３１を、縦１０台、横１０台並べ、
正方形に配置することも可能である。
Ｂ、３０Ｃにより、各々探針２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの
動きを精密に制御し、所望の構造を形成することが可能
である。この際、探針２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、各々
相異なる情報が書き込まれている制御装置３０Ａ、３０
Ｂ、３０Ｃのメモリ情報によって、一つ一つ独立に制御
されるが、複数の探針を連携させて作動させ、全体とし
て所定の構造となるように、各探針が各部分の構造形成
を分担するような構成とすることも可能である。また本
実施例では三次元制御装置集積化ＳＴＭ３１を３台並列
に並べた、並列化ＳＴＭの例を示したが、この台数は本
発明の本質ではなく、例えば１００台並列に並べても良
い。また、一次元的な配列ばかりではなく、二次元的に
並べることも可能である。例えば、１００台の三次元制
御装置集積化ＳＴＭ３１を、縦１０台、横１０台並べ、
正方形に配置することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明によれば、非常に小型化されたＳＴＭを基本構造と
して、制御回路とＳＴＭを同一チップ上に集積できるた
め、多数のＳＴＭを並列に高密度実装可能であり、実用
的な並列化ＳＴＭを実現できるため、工学的なインパク
トは非常に大きい。
発明によれば、非常に小型化されたＳＴＭを基本構造と
して、制御回路とＳＴＭを同一チップ上に集積できるた
め、多数のＳＴＭを並列に高密度実装可能であり、実用
的な並列化ＳＴＭを実現できるため、工学的なインパク
トは非常に大きい。
【図１】本発明の実施例による走査トンネル顕微鏡の可
動電極構造部分の概略断面構造を示した図。
動電極構造部分の概略断面構造を示した図。
【図２】本発明の実施例による走査トンネル顕微鏡の可
動電極構造部分の概略鳥観図。
動電極構造部分の概略鳥観図。
【図３】本発明の実施例による走査トンネル顕微鏡の可
動電極構造部分の概略平面構造を示した図。
動電極構造部分の概略平面構造を示した図。
【図４】本発明の実施例による可動電極構造部分の印加
電圧と変位量の関係を示した図。
電圧と変位量の関係を示した図。
【図５】本発明の実施例による可動電極構造部分の製造
方法の実施例を示した図。
方法の実施例を示した図。
【図６】本発明の実施例による可動電極構造を用いた一
次元ＳＴＭ概略平面図。
次元ＳＴＭ概略平面図。
【図７】本発明の実施例による可動電極構造を用いた二
次元ＳＴＭ概略平面図。
次元ＳＴＭ概略平面図。
【図８】本発明の実施例による可動電極構造を用いた三
次元ＳＴＭ概略平面図。
次元ＳＴＭ概略平面図。
【図９】本発明の実施例による可動電極構造を用いた三
次元ＳＴＭ概略断面図。
次元ＳＴＭ概略断面図。
【図１０】本発明の実施例による可動電極構造を用いた
三次元制御装置集積化ＳＴＭ概略断面図。
三次元制御装置集積化ＳＴＭ概略断面図。
【図１１】本発明の実施例による可動電極構造を用いた
三次元制御装置集積化ＳＴＭを複数個並べた並列化ＳＴ
Ｍ概略断面図。
三次元制御装置集積化ＳＴＭを複数個並べた並列化ＳＴ
Ｍ概略断面図。
１、６、１２、１３、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２
Ｄ：固定電極、４、１１、２１：可動電極、８、１７、
２３：支持基板、７Ａ、７Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ、２６
Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ：支持ビーム、１５、２
４，２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２７：探針、１６、２
８：試料、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：制御回路、
３１：集積化ＳＴＭ、３１：シリコン基板、３２、３
３、３６、３８：多結晶シリコン、３４、３９：窒化シ
リコン、３５、４０：酸化シリコン、３１Ａ：穴。
Ｄ：固定電極、４、１１、２１：可動電極、８、１７、
２３：支持基板、７Ａ、７Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ、２６
Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ：支持ビーム、１５、２
４，２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２７：探針、１６、２
８：試料、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：制御回路、
３１：集積化ＳＴＭ、３１：シリコン基板、３２、３
３、３６、３８：多結晶シリコン、３４、３９：窒化シ
リコン、３５、４０：酸化シリコン、３１Ａ：穴。
Claims (3)
- 【請求項１】少なくとも二点で支えられた可動電極と、
少なくともこの一部を囲むように形成された電極からな
る移動量制御部分を持つことを特徴とする走査トンネル
顕微鏡。 - 【請求項２】制御回路、記憶回路、演算回路を同一チッ
プ上に集積し、該記憶回路に入力されている情報に基づ
いて可動電極の動きを該演算回路、制御回路によって制
御することを特徴とする請求項１記載の走査トンネル顕
微鏡。 - 【請求項３】制御回路、記憶回路、演算回路を同一チッ
プ上に集積し、該記憶回路に入力されている情報に基づ
いて可動電極の動きを該演算回路、制御回路によって制
御するとともに、複数個の該可動電極に各々走査探針を
具備し、かつ該複数個の可動電極を対象物に対し同時に
位置制御可能な手段を具備することを特徴とする集積化
走査トンネル顕微鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10812394A JPH07318571A (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 集積化走査トンネル顕微鏡 |
| US08/444,510 US5679952A (en) | 1994-05-23 | 1995-05-19 | Scanning probe microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10812394A JPH07318571A (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 集積化走査トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318571A true JPH07318571A (ja) | 1995-12-08 |
Family
ID=14476520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10812394A Pending JPH07318571A (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 集積化走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07318571A (ja) |
-
1994
- 1994-05-23 JP JP10812394A patent/JPH07318571A/ja active Pending
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