JPH08221816A - Recording and reproducing device and information processor of scanning type probe microscope and the like - Google Patents

Recording and reproducing device and information processor of scanning type probe microscope and the like

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Publication number
JPH08221816A
JPH08221816A JP7047744A JP4774495A JPH08221816A JP H08221816 A JPH08221816 A JP H08221816A JP 7047744 A JP7047744 A JP 7047744A JP 4774495 A JP4774495 A JP 4774495A JP H08221816 A JPH08221816 A JP H08221816A
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JP
Japan
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probe
lever
displacement
recording medium
elastic member
Prior art date
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Pending
Application number
JP7047744A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masabumi Kiyougaku
正文 教學
Kyoji Yano
亨治 矢野
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
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Priority to JP7047744A priority Critical patent/JPH08221816A/en
Publication of JPH08221816A publication Critical patent/JPH08221816A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To prevent a probe from being attracted by electrostatic force to a recording medium when applying voltage by providing the above device with a mechanism for limiting the displacement of an elastic member for holding the probe in synchronization with the application of the voltage between the probe and the medium. CONSTITUTION: The three-dimensionally slight spatial displacement of a substrate 102 and the recording medium 101 is caused by driving an X-Y-Z driving element 103 mounted at the bottom of the substrate 102. Then, the X-Y-Z driving element 103 plays the role of an X-Y-Z driving mechanism for moving the substrate 102 in an X-Y direction approximately parallel with the plane of the recording medium 101 and the role of a Z-axis driving mechanism for moving the probe 104 in a Z direction perpendicular to the surface of the recording medium 101. The distance between the probe 104 and the recording medium 101 is adjusted by driving the X-Y-Z driving element 103 in the Z direction to the extent that the probe 104 receives the interatom force of certain magnitude on the recording medium 101. The specified voltage is applied on the probe 104 in such a manner that the probe exists near the surface of the recording medium 101. The probe 104 is pressed to the recording medium 101 by a lever 105 and trances the surface of the recording medium 101.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、探針をこれに対向す
る媒体(記録媒体又は試料)に対して走査し、その物理
現象から生じる信号を検出して情報の書き込み・読み出
しを行う記録再生装置または表面観察を行う走査型プロ
ーブ顕微鏡等の情報処理装置に係り、特にその探針の変
位を制限する機構に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to recording / reproducing in which a probe is scanned with respect to a medium (recording medium or sample) facing it, and a signal generated from the physical phenomenon is detected to write / read information. The present invention relates to an apparatus or an information processing apparatus such as a scanning probe microscope for observing a surface, and particularly to a mechanism for limiting the displacement of the probe.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子的スケールの空間分解能を持つ表面
顕微鏡の一つとして走査型トンネル顕微鏡(以下STM
と記述する)或は、走査型原子間力顕微鏡(以下AFM
と記述する)として走査型プローブ顕微鏡が実用化され
ている。これらの走査型プローブ顕微鏡では、探針が試
料表面に原子レベルでアクセスできることを応用し、局
所領域に記録情報を書き込む、情報記録装置が考えられ
ている。STMは、バイアスのかかった導電性探針と導
電性試料の距離を数オングストローム以下に接近させた
ときに流れるトンネル電流を検出し、トンネル電流が一
定になるように探針と試料との間の距離を制御しながら
探針を走査させ、トンネル電流または帰還制御信号を画
像化することによって表面像を構成する。STMを応用
した記録方法としては、探針と記録媒体の間に電圧を印
加し、局所的に記録媒体の表面形態を変化させる方法、
或は記録媒体の導電性を変化させる方法などがある。一
方AFMは、探針を試料に数オングストローム以下に接
近させたときに探針と試料表面とに働く原子間力を検出
し、探針を二次元平面的に走査させて、凹凸情報を含む
表面像を構成する。探針を導電性にすることによって、
STM同様、電圧印加による情報記録を行うことができ
る。また、AFMでは原子間力を検出するので、材料の
導電性に関わらず記録媒体として用いることが可能であ
る。
2. Description of the Related Art A scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM) is one of surface microscopes having atomic scale spatial resolution.
Or a scanning atomic force microscope (hereinafter AFM)
Scanning probe microscope has been put to practical use. In these scanning probe microscopes, an information recording device has been considered in which recorded information is written in a local area by applying that the probe can access the sample surface at the atomic level. The STM detects the tunnel current flowing when the distance between the biased conductive probe and the conductive sample is close to several angstroms or less, and the STM detects the tunnel current between the probe and the sample so that the tunnel current becomes constant. The probe is scanned while controlling the distance, and a tunnel current or a feedback control signal is imaged to form a surface image. As a recording method applying STM, a voltage is applied between the probe and the recording medium to locally change the surface morphology of the recording medium,
Alternatively, there is a method of changing the conductivity of the recording medium. On the other hand, the AFM detects the atomic force acting on the probe and the sample surface when the probe is brought closer to the sample by a few angstroms or less, and causes the probe to scan the probe in a two-dimensional plane to obtain a surface including unevenness information. Make up the statue. By making the probe conductive,
As with the STM, it is possible to record information by applying a voltage. Further, since the AFM detects the atomic force, it can be used as a recording medium regardless of the conductivity of the material.

【0003】AFMを応用した記録装置の一例が特開平
6−96714号公報に示されている。それは、探針表
面に導体層を設け、試料と探針の間に電圧印加し、試料
表面に凹凸構造を作ることで記録を行うものである。一
般に、AFMでは原子間力を検出する手段として、一端
を固定し、自由端近傍に端針を保持した弾性体のカンチ
レバーが用いられており、探針は、カンチレバーの自由
端近傍に保持されている。原子間力は探針の受ける原子
間力に比例したカンチレバーの変位として検出される。
An example of a recording device to which AFM is applied is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-96714. The recording is performed by providing a conductor layer on the surface of the probe and applying a voltage between the sample and the probe to form an uneven structure on the surface of the sample. Generally, in AFM, an elastic cantilever having one end fixed and an end needle held near the free end is used as a means for detecting an atomic force, and the probe is held near the free end of the cantilever. There is. The atomic force is detected as a displacement of the cantilever proportional to the atomic force received by the probe.

【0004】一方、走査型プローブ顕微鏡は、そのST
M像は表面電子密度の分布を表すため、同一元素からな
る単純な金属のような場合には実際の凹凸構造を表す
が、一般には必ずしも実際の凹凸構造に対応するもので
はない。例えば、構造的には平らな試料表面に電気伝導
率が高い部分が島状に存在する場合、STM像ではその
島は凸部として表されてしまう。これに対して、AFM
像は正確に物質の表面凹凸構造を表す。したがって、S
TM像を実際の表面凹凸状態と比較しようとした場合、
同一領域のAFM像を取得する必要がある。しかし、S
TMで観察した領域をAFM観察するために、試料をA
FM装置に置き換えてSTMで観察したのと同じ領域に
探針を位置させることは、通常観察領域が数百nm四方
以下の微小領域であるため、非常に困難である。
On the other hand, the scanning probe microscope is
Since the M image represents the distribution of the surface electron density, it represents an actual concavo-convex structure in the case of a simple metal made of the same element, but generally does not necessarily correspond to the actual concavo-convex structure. For example, when a structurally flat sample surface has island-shaped portions having high electric conductivity, the islands are represented as convex portions in the STM image. In contrast, AFM
The image accurately represents the surface relief structure of the material. Therefore, S
If you try to compare the TM image with the actual surface roughness,
It is necessary to acquire AFM images of the same area. But S
In order to perform AFM observation of the area observed by TM, the sample was
It is extremely difficult to replace the FM device and position the probe in the same region as observed by STM, since the observation region is usually a minute region of several hundred nm square or less.

【0005】そこで、同一の装置でAFM及びSTM観
察するための多機能顕微鏡として走査型原子間力/トン
ネル複合顕微鏡(AFM/STM)を用いる方法があ
る。これによると、AFMで用いられるカンチレバーに
保持された探針を用い、探針を導電性にすることによっ
て探針と試料との間に流れる電流を検出できる。通常の
使用方法では、AFM動作時に探針と試料との間にバイ
アスを加えて電流を検出し、同一の探針による表面凹凸
像とトンネル電流分布像を同時に取得することができ
る。この装置を探針を試料に非接触な状態で用い、トン
ネル電流を検出すればSTM装置として単独で用いるこ
とが可能である。
Therefore, there is a method of using a scanning atomic force / tunnel compound microscope (AFM / STM) as a multifunctional microscope for AFM and STM observation with the same apparatus. According to this, by using the probe held by the cantilever used in the AFM and making the probe conductive, the current flowing between the probe and the sample can be detected. In a normal use method, it is possible to apply a bias between the probe and the sample during AFM operation to detect a current, and simultaneously obtain a surface unevenness image and a tunnel current distribution image by the same probe. This device can be used alone as an STM device if the probe is used in a non-contact state with the sample and the tunnel current is detected.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たAFMを応用した記録再生装置においては、カンチレ
バーなどの弾性部材に保持された探針を用いることで、
厳密な探針位置制御をしなくても記録媒体を破壊するこ
となく走査することはできるものの、カンチレバーなど
の弾性部材に保持された探針に電圧を印加する場合、つ
ぎのような問題がある。すなわち、探針と記録媒体との
間に電圧が加わった状態では、静電力が探針と記録媒体
との間の原子間力に付加的に作用している。この静電力
は常に引力として作用する。通常の動作では、静電力を
含めた力が一定になるように探針と記録媒体との距離が
帰還制御されるので、静電力の変化があった場合でも異
常な力が記録媒体に加わることはない。しかし、帰還制
御しない場合、或は帰還制御が追従できない場合は、静
電力に応じた力が探針に加わってしまうことになる。A
FMを情報記録装置として応用する場合、必ずしも、探
針と記録媒体との間の距離を一定に制御する必要はな
く、また、帰還制御を行う場合でも、周波数応答に制限
を設け、その周波数よりも早い動きには追従させない構
成が採られる場合は別として、帰還制御の応答周波数に
制限を加えない場合には、装置の特性上、装置系の共振
周波数以上の周波数成分を持つ動きに追従させるのは非
常に困難である。
However, in the recording / reproducing apparatus to which the above AFM is applied, the probe held by the elastic member such as the cantilever is used,
Although scanning can be performed without destroying the recording medium without strict control of the probe position, there are the following problems when voltage is applied to the probe held by an elastic member such as a cantilever. . That is, when a voltage is applied between the probe and the recording medium, the electrostatic force additionally acts on the atomic force between the probe and the recording medium. This electrostatic force always acts as an attractive force. In normal operation, the distance between the probe and the recording medium is feedback-controlled so that the force including electrostatic force is constant, so abnormal force may be applied to the recording medium even if the electrostatic force changes. There is no. However, if the feedback control is not performed or the feedback control cannot follow, a force corresponding to the electrostatic force will be applied to the probe. A
When the FM is applied as an information recording device, it is not always necessary to control the distance between the probe and the recording medium to be constant, and even when feedback control is performed, the frequency response is limited and the frequency response is limited. Aside from the case where the structure that does not follow the fast motion is adopted, when the response frequency of the feedback control is not limited, the motion that has a frequency component higher than the resonance frequency of the device system is followed due to the characteristics of the device. Is very difficult.

【0007】したがって、記録時に急激に変化する電圧
が印加された場合、急激な静電力の変化に帰還制御が完
全に追従できないために、探針と記録媒体との間に一時
的に強い引力が加わることが起こり得る。従来において
は、このような場合、探針先端が記録媒体に強い力で押
しつけられ、記録媒体を破壊してしまうという問題があ
った。また、探針が記録媒体に引き寄せられた場合、距
離減少に伴う電界強度の増大を引き起こし、記録媒体を
破壊してしまうという問題が生じる。
Therefore, when a voltage that rapidly changes during recording is applied, the feedback control cannot completely follow the sudden change in electrostatic force, so that a temporary strong attractive force is generated between the probe and the recording medium. Joining can happen. Conventionally, in such a case, there is a problem in that the tip of the probe is pressed against the recording medium with a strong force and the recording medium is destroyed. Further, when the probe is pulled to the recording medium, the electric field strength increases with a decrease in distance, which causes a problem that the recording medium is destroyed.

【0008】また、上記した走査型プローブ顕微鏡にお
いては、従来のAFM/STMを用いて、STM像を取
得する場合、弾性部材のカンチレバーに保持された探針
を用いるために、つぎのような問題がある。すなわち、
AFM/STMをSTM動作させる場合、通常のSTM
同様に、探針を試料に近接させたときに流れるトンネル
電流が一定になるように探針試料間隔を制御し、トンネ
ル電流または、帰還制御信号を画像化する。ところが、
トンネル電流が流れるほど近接した距離では、同時に原
子間力が働くので、カンチレバーは原子間力に応じて変
位する。原子間力は探針と試料との距離に依存してお
り、トンネル電流が一定になるように制御しても、場所
によって原子間力が異なればカンチレバーの変位も変化
する。このため、帰還制御をかけたピエゾの変位量と探
針の変位量が一致しなくなる。このように、カンチレバ
ーを用いたSTM像は常に原子間力の影響を受けている
ので、剛性の高い探針を用いた一般的なSTMとは異な
った像を得てしまうという問題がある。また、カンチレ
バーの変位が異なると、カンチレバーのたわみによって
探針位置のずれが生じる。この場合、STM像及びAF
M像を取得した後、両画像を比較しても、同一領域の画
像であるという保証がないという問題がある。
Further, in the above-mentioned scanning probe microscope, when the STM image is acquired by using the conventional AFM / STM, since the probe held by the cantilever of the elastic member is used, the following problems occur. There is. That is,
When operating the AFM / STM in the STM mode, the normal STM
Similarly, the probe sample interval is controlled so that the tunnel current flowing when the probe is brought close to the sample is constant, and the tunnel current or the feedback control signal is imaged. However,
At a distance close enough to allow a tunnel current to flow, the atomic force acts at the same time, and the cantilever is displaced according to the atomic force. The atomic force depends on the distance between the probe and the sample. Even if the tunnel current is controlled to be constant, the displacement of the cantilever also changes if the atomic force varies depending on the location. Therefore, the amount of displacement of the piezo and the amount of displacement of the probe that have been feedback-controlled do not match. As described above, since the STM image using the cantilever is always affected by the atomic force, there is a problem that an image different from the general STM using the probe having high rigidity is obtained. Further, if the displacement of the cantilever is different, the deflection of the cantilever causes the displacement of the probe position. In this case, STM image and AF
Even if the two images are compared after the M image is acquired, there is a problem that there is no guarantee that the images are in the same area.

【0009】そこで、本発明は、探針と媒体間への電圧
印加により、探針が媒体に引き寄せられることを抑制し
た情報処理装置を提供することを主たる目的としてい
る。また、本発明は、電圧印加により探針が媒体に引き
寄せられるによって媒体が破壊されるのを抑止した安全
性の高い情報の記録再生装置を提供することを目的とし
ている。さらに、本発明は、AFM/STM複合装置に
おいて同一探針を用いて同一領域の正確なAFM像及び
STM像を取得することのできる走査型プローブ顕微鏡
を提供することを目的としている。
Therefore, it is a main object of the present invention to provide an information processing apparatus in which the probe is prevented from being attracted to the medium by applying a voltage between the probe and the medium. It is another object of the present invention to provide a highly safe information recording / reproducing apparatus which prevents the medium from being destroyed by the fact that the probe is attracted to the medium by applying a voltage. A further object of the present invention is to provide a scanning probe microscope capable of acquiring an accurate AFM image and STM image of the same region using the same probe in an AFM / STM combined device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の情報処理装置は、弾性部材によって保持さ
れた探針をこれに対向する媒体に対して走査し、その物
理現象から生じる信号を検出して情報処理を行う情報処
理装置において、探針と媒体間への電圧印加に同期して
前記探針を保持する弾性部材の変位を制限する機構を設
けるようにしたことを特徴とするものである。そして、
本発明においては、前記弾性部材が、弾性支持部で支持
された剛体からなるトーション型レバー構造を採ること
がてきる。本発明においてトーション型レバーは、探針
保持機構を構成しており、棒状または板状の剛体からな
るレバー部が、ねじれ弾性を持つ弾性部材からなる支持
部、即ちトーションバーによって、二か所においてレバ
ー保持部に支持された構造を持ち、探針はレバー先端近
傍に保持されている。この探針に力が加わると、レバー
はトーションバーによるねじれ力と釣り合うところま
で、二か所のトーションバーを結ぶ軸を支点にして回転
変位する。ただし、レバーは通常のAFM動作時に探針
が受ける原子間力、或は探針への電圧印加時に加わる静
電力程度では変形することがない剛性を持つ。レバーの
回転変位を検出すれば、探針位置での変位を検出するこ
とができる。また、前記弾性部材の変位を制限する機構
としては、伸縮機構の伸縮部を前記弾性部材の剛体から
なるレバー部に接触させることにより、また、弾性部材
の剛体からなるレバー部をこれに対向する保持部に磁気
力或いは静電力の電磁気力によって固定することによっ
て、その変位を制限するように構成することができる。
さらに、本発明の記録再生装置は、弾性部材によって保
持された探針をこれに対向する記録媒体に対して走査
し、その物理現象から生じる信号を検出して記録再生を
行う記録再生装置において、記録を行うための電圧印加
に同期して前記探針を保持する弾性部材の変位を制限す
る機構を設けるようにしたことを特徴としている。さら
にまた、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、弾性部材に
よって保持された探針をこれに対向する試料表面に対し
て走査してその物理現象から生じる信号を検出すると共
に、この検出信号が一定になるように帰還制御すること
により探針・試料間の距離を制御して表面観察を行う走
査型プローブ顕微鏡において、探針と試料間へのバイア
ス印加に同期して前記探針を保持する弾性部材の変位を
制限する機構を設けるようにしたことを特徴としてい
る。そして、この走査型プローブ顕微鏡における前記弾
性部材の変位を制限する機構は、剛体からなるレバーを
弾性支持部で支持してなるトーション型レバーのレバー
部に、伸縮機構の伸縮部を片側又は両側から接触させる
ことによって、前記弾性部材の変位を制限するように構
成することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, an information processing apparatus of the present invention causes a probe held by an elastic member to scan a medium facing the probe and cause a physical phenomenon thereof. In an information processing device that detects a signal and performs information processing, a mechanism for limiting displacement of an elastic member holding the probe in synchronization with voltage application between the probe and a medium is provided. To do. And
In the present invention, the elastic member may have a torsion type lever structure including a rigid body supported by an elastic supporting portion. In the present invention, the torsion type lever constitutes a probe holding mechanism, and a lever portion made of a rod-shaped or plate-shaped rigid body is supported at two places by a support portion made of an elastic member having torsion elasticity, that is, a torsion bar. It has a structure supported by the lever holding portion, and the probe is held near the tip of the lever. When a force is applied to this probe, the lever is rotationally displaced about the axis connecting the two torsion bars as a fulcrum until it balances the torsional force of the torsion bar. However, the lever has a rigidity such that it is not deformed by an atomic force received by the probe during a normal AFM operation or an electrostatic force applied when a voltage is applied to the probe. The displacement at the probe position can be detected by detecting the rotational displacement of the lever. As a mechanism for limiting the displacement of the elastic member, the elastic portion of the elastic member is brought into contact with a lever portion made of a rigid body of the elastic member, and the lever portion made of a rigid body of the elastic member is opposed to the lever portion. The displacement can be limited by fixing to the holding portion by electromagnetic force such as magnetic force or electrostatic force.
Further, the recording / reproducing apparatus of the present invention is a recording / reproducing apparatus that scans a probe held by an elastic member with respect to a recording medium facing the probe and detects a signal generated from a physical phenomenon to perform recording / reproduction. It is characterized in that a mechanism for limiting the displacement of the elastic member holding the probe is provided in synchronism with the voltage application for recording. Furthermore, the scanning probe microscope of the present invention scans the probe held by the elastic member with respect to the sample surface facing the probe to detect a signal generated from the physical phenomenon, and the detection signal is kept constant. In a scanning probe microscope that observes the surface by controlling the distance between the probe and the sample by performing feedback control so that the elastic member holds the probe in synchronization with the bias application between the probe and the sample. The feature is that a mechanism for limiting the displacement of is provided. And, the mechanism for limiting the displacement of the elastic member in this scanning probe microscope is a lever part of a torsion type lever in which a lever made of a rigid body is supported by an elastic supporting part, and an expanding / contracting part of an expanding / contracting mechanism from one side or both sides. It is possible to limit the displacement of the elastic member by bringing them into contact with each other.

【0011】[0011]

【作用】本発明は、以上のように探針と媒体間への電圧
印加に同期して前記探針を保持する弾性部材の変位を制
限する機構を設けることにより、探針と媒体間への電圧
印加により、探針が媒体に引き寄せられることを抑制す
ることができるものである。したがって、これにより記
録再生装置を構成した場合には探針が記録媒体に過剰な
力を及ぼし記録媒体が破壊されることが防止される。ま
た、走査型プローブ顕微鏡を構成した場合には、STM
動作時すなわち、バイアス印加時にはトーション型レバ
ーを固定する機構により、探針と試料との間に働く原子
間力によるレバーの変位を抑止できると共に、このよう
なバイアスの印加されないAFM動作時には、トーショ
ン型レバーが自由に変位することができ、原子間力に応
じたレバーの変位が可能である。したがって、STM動
作とAFM動作を切り替えることによって、同一の探針
でのSTM像とAFM像の取得をすることができる。
According to the present invention, as described above, the mechanism for limiting the displacement of the elastic member holding the probe in synchronization with the voltage application between the probe and the medium is provided. It is possible to prevent the probe from being drawn to the medium by applying a voltage. Therefore, when the recording / reproducing apparatus is configured as described above, it is prevented that the probe exerts an excessive force on the recording medium and the recording medium is destroyed. If a scanning probe microscope is configured, STM
During operation, that is, when the bias is applied, the mechanism for fixing the torsion type lever can suppress the displacement of the lever due to the interatomic force acting between the probe and the sample, and during the AFM operation in which no bias is applied, the torsion type is applied. The lever can be freely displaced, and the lever can be displaced according to the atomic force. Therefore, by switching between the STM operation and the AFM operation, it is possible to obtain the STM image and the AFM image with the same probe.

【0012】つぎに、本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】[0013]

【実施例1】図面1は本発明の実施例1における記録再
生装置の概略構成図であり、また、図2は、それに用い
たトーション型レバーの模式図である。図2において、
レバー201は、剛体薄膜で形成し、探針202はレバ
ー201の一端に形成した。レバー201の中央部は、
ねじれ弾性のあるレバー支持部203で支えられてお
り、レバー支持部 203はレバー保持部204に固定
されている。更に、レバー保持部204は本体に固定さ
れている。レバー201は通常AFMで使用される場合
に加わる程度の力では変形することはなく、支持部20
3がねじれることによってバネとして働き、レバー20
1はレバー支持部203を支点に回転運動できるように
なっている。レバー201のバネ定数はレバー支持部2
03の弾性定数と、レバー支持部203からの探針20
2の距離で決まる。本実施例では、探針202及びレバ
ー201は、構造体としての強度を高くするために非導
電性材料で形成し、対向電極である基板102との間に
電圧を印加するために、表面にPtなどの金属を真空蒸
着した。また、探針202及びレバー201を導電性材
料で形成しても良い。記録方法としては電圧印加による
記録媒体の導電性の変化を用いることができる。この場
合、記録媒体としては、例えば特開昭63−16155
3号公報に開示されているような電流電圧特性に電気メ
モリー効果を有する有機化合物の累積膜を用いることが
できる。また、記録方法として電圧印加による記録媒体
表面に凹凸変化を起こさせる方法を用いることもでき
る。この場合、例えば、電圧印加によって探針先端の金
属を離脱させ、記録媒体上に堆積させて凸構造を形成さ
せる方法、又は電圧印加によって記録媒体から電子を局
所的に離脱させ凹構造を形成する方法などが上げられ
る。また、導電性変化と表面形態変化を同時に行う記録
として、電圧印加により記録媒体の酸化を起こさせる方
法もある。本実施例では、記録媒体として、ポリイミド
LB膜を用い、記録方法には電圧印加による記録媒体の
導電性の変化を用いた。マイカ上に金を真空蒸着して基
板電極とした。更に、基板電極上にポリアミド酸をLB
法により数層累積し、その後熱処理によるイミド化を行
い、ポリイミドLB膜を形成した。ポリイミドLB膜は
例えば数Vの電圧をパルス的に印加することによって高
抵抗状態と低抵抗状態間を遷移させることができる。本
発明の記録再生装置では、一方の電極に探針を用い、基
板と探針との間に電圧を印加すれば記録媒体上の数nm
の局所領域に導電性の変化を起こさせることができる。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a recording / reproducing apparatus in Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a torsion lever used for it. In FIG.
The lever 201 is formed of a rigid thin film, and the probe 202 is formed at one end of the lever 201. The central part of the lever 201 is
It is supported by a lever supporting portion 203 having torsion elasticity, and the lever supporting portion 203 is fixed to a lever holding portion 204. Further, the lever holding portion 204 is fixed to the main body. The lever 201 is not deformed by the force applied when it is normally used in the AFM, and the support portion 20 is not deformed.
3 acts as a spring by twisting, and lever 20
Reference numeral 1 indicates a structure in which the lever support portion 203 can be rotated about a fulcrum. The spring constant of the lever 201 is the lever support 2
03 elastic constant and the probe 20 from the lever supporting portion 203.
It depends on the distance of 2. In this embodiment, the probe 202 and the lever 201 are formed of a non-conductive material in order to increase the strength of the structure, and the surfaces thereof are applied to apply a voltage between the counter electrode and the substrate 102. A metal such as Pt was vacuum deposited. Further, the probe 202 and the lever 201 may be formed of a conductive material. As the recording method, a change in conductivity of the recording medium due to application of voltage can be used. In this case, the recording medium is, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-16155.
It is possible to use a cumulative film of an organic compound having an electric memory effect for the current-voltage characteristic as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Further, as a recording method, a method of causing unevenness on the surface of the recording medium by applying a voltage can be used. In this case, for example, a metal is detached from the tip of the probe by applying a voltage and deposited on the recording medium to form a convex structure, or an electron is locally detached from the recording medium by applying a voltage to form a concave structure. The method etc. can be raised. Further, there is also a method of causing a recording medium to be oxidized by applying a voltage as the recording in which the conductivity change and the surface morphology change are simultaneously performed. In this example, a polyimide LB film was used as the recording medium, and the change in conductivity of the recording medium due to voltage application was used as the recording method. Gold was vacuum-deposited on mica to form a substrate electrode. Further, polyamic acid is LB-coated on the substrate electrode.
Several layers were accumulated by the method and then imidization was performed by heat treatment to form a polyimide LB film. The polyimide LB film can transit between a high resistance state and a low resistance state by applying a voltage of, for example, several V in a pulsed manner. In the recording / reproducing apparatus of the present invention, a probe is used for one of the electrodes, and if a voltage is applied between the substrate and the probe, it is several nm on the recording medium.
It is possible to cause a change in conductivity in a local region of the.

【0014】図1の概略構成図において、基板102の
底部には圧電素子で構成されたXYZ駆動素子103を
取り付けた。また、XYZ駆動素子103は本体に固定
した。レバー105は探針104を保持していない方の
一端の、かつ探針104を保持している面とは反対の面
に対向して、固定部107が圧電素子からなる伸縮機構
を介して本体に固定した。レーザー発光素子109は本
体に取り付けた。レーザー発光素子109から射出され
るレーザー光は、探針104が保持されている方の一端
であり且つ探針104が保持されている面とは反対の面
に照射されるように方向を調整した。レーザー光受容部
110にはフォトダイオードからなる二分割センサーを
用い、本体に固定した。
In the schematic diagram of FIG. 1, an XYZ driving element 103 composed of a piezoelectric element is attached to the bottom of a substrate 102. The XYZ driving element 103 is fixed to the main body. The lever 105 faces one surface of the side not holding the probe 104 and the surface opposite to the surface holding the probe 104, and the fixing portion 107 is a main body via an expansion / contraction mechanism including a piezoelectric element. Fixed to. The laser light emitting element 109 was attached to the main body. The direction of the laser light emitted from the laser light-emitting element 109 was adjusted so that the laser light was emitted to one end of the side where the probe 104 is held and the side opposite to the side where the probe 104 is held. . A two-divided sensor composed of a photodiode was used as the laser light receiving portion 110, and was fixed to the main body.

【0015】次に動作について説明する。基板102の
底部に取り付けたXYZ駆動素子103を駆動すること
によって基板102及び記録媒体101を三次元空間的
に微小変位させることができる。したがって、XYZ駆
動素子103は基板102を記録媒体101平面におよ
そ平行なXY方向に移動させるためのXY軸駆動機構の
役割と、探針104を記録媒体101表面に対して垂直
なZ方向に移動させるZ軸駆動機構の役割を果たす。探
針104と記録媒体101間の距離は探針104が記録
媒体101に、ある大きさの原子間力を受ける程度に、
XYZ駆動素子103をZ方向に駆動させて調節されて
いる。探針104が記録媒体101のおよそ表面近傍に
位置できる程度に一定電圧を加えられている。探針10
4がレバー105によって支持部の弾性力で記録媒体表
面上に押えつけられていれば、記録媒体表面上に微小な
凹凸によって走査による探針104の移動と共に探針の
受ける力は変化するが、探針は、接触した状態で記録媒
体表面をなぞる。また、探針を走査する事によって記録
媒体の凹凸に応じて探針と記録媒体間の距離は変化する
ので、探針が記録媒体に接触する場合もあるし、離れる
場合もあるが、探針が常に記録媒体の平均水平面近傍に
位置するように調節されていれば良い。パルス印加時以
外は、走査によってレバー105が変位しても固定部1
07先端はレバー105に接触しない程度まで離されて
いる。レーザー発光素子から射出されたレーザー光はレ
バー105の探針104が保持されている面とは反対の
面で反射され、反射レーザー光はレーザー光受容部11
0で受光される。レーザー受光部は2分割センサーのそ
れぞれのレーザー光受光部110で検出される光量の差
から、反射レーザー光の反射角の偏位量を検出する。レ
バー105の変位は反射レーザー光の偏位から偏位検出
部111によって計測される。反射レーザー光の偏位信
号は固定部107の位置を決めるための帰還制御信号と
して固定機構制御部112に送られ、固定機構制御部1
12は固定機構駆動素子108を構成するピエゾ素子を
駆動する。本実施例ではXYZ駆動素子103は、探針
と記録媒体の距離は帰還制御されない構成としたが、探
針と記録媒体の距離が一定になるように帰還制御しても
良い。この場合、レーザー光の偏位信号がレバー105
の変位信号として帰還制御に用いられる。
Next, the operation will be described. By driving the XYZ driving element 103 attached to the bottom of the substrate 102, the substrate 102 and the recording medium 101 can be finely displaced three-dimensionally in space. Therefore, the XYZ drive element 103 serves as an XY axis drive mechanism for moving the substrate 102 in the XY directions substantially parallel to the plane of the recording medium 101, and moves the probe 104 in the Z direction perpendicular to the surface of the recording medium 101. It plays the role of a Z-axis drive mechanism. The distance between the probe 104 and the recording medium 101 is such that the probe 104 receives an atomic force of a certain magnitude on the recording medium 101.
It is adjusted by driving the XYZ driving element 103 in the Z direction. A constant voltage is applied to the extent that the probe 104 can be positioned near the surface of the recording medium 101. Probe 10
If 4 is pressed by the lever 105 onto the surface of the recording medium by the elastic force of the supporting portion, the force received by the probe changes as the probe 104 moves due to scanning due to minute irregularities on the surface of the recording medium. The probe traces the surface of the recording medium in a contact state. In addition, since the distance between the probe and the recording medium changes according to the unevenness of the recording medium by scanning the probe, the probe may contact the recording medium or may separate from the recording medium. Should be adjusted so that it is always located near the average horizontal plane of the recording medium. Except when the pulse is applied, the fixed portion 1 is not moved even if the lever 105 is displaced by scanning.
The tip of 07 is separated to the extent that it does not contact the lever 105. The laser light emitted from the laser light emitting element is reflected by the surface of the lever 105 opposite to the surface on which the probe 104 is held, and the reflected laser light is the laser light receiving portion 11
Light is received at 0. The laser light receiving unit detects the deviation amount of the reflection angle of the reflected laser light from the difference in the light amount detected by each laser light receiving unit 110 of the two-divided sensor. The displacement of the lever 105 is measured by the displacement detecting unit 111 from the displacement of the reflected laser light. The deviation signal of the reflected laser light is sent to the fixing mechanism control unit 112 as a feedback control signal for determining the position of the fixing unit 107, and the fixing mechanism control unit 1
Reference numeral 12 drives a piezo element that constitutes the fixing mechanism drive element 108. In this embodiment, the XYZ driving element 103 is configured such that the distance between the probe and the recording medium is not feedback-controlled, but feedback control may be performed so that the distance between the probe and the recording medium is constant. In this case, the deviation signal of the laser light is transmitted to the lever 105.
Is used for feedback control as a displacement signal of.

【0016】次に、記録時の動作について説明する。制
御部113からの走査命令を受けてXYZ駆動部116
はXYZ駆動素子103を駆動し、記録媒体101を探
針104に対してXY走査させる。予め設定された記録
地点に探針104が位置したときに走査が一時停止さ
れ、レーザー光の偏位が計測される。一方、レーザー光
の偏位計測に同期して固定部107に取り付けられた固
定機構駆動素子108が伸ばされ、固定部107がレバ
ー105に接近する。固定部107がレバー105に接
触すればレーザー光の偏位量は変化するが、先に計測し
たレーザー光の偏位量を保つように固定機構駆動素子1
08を形成する圧電素子が固定機構制御部112によっ
て帰還制御される。固定部107の帰還制御は、記録の
ためのパルス電圧が探針104と記録媒体101間に印
加される直前に停止され、固定部107の位置は固定さ
れる。次に記録のための数Vのパルス電圧が電圧印加部
114によって探針104と記録媒体101との間に印
加される。電圧印加により探針と記録媒体102または
基板102との間に発生する静電力は、常に引力であ
り、探針が記録媒体に引き寄せられる方向に作用する。
一方、レバー105の探針を保持しない一端は固定部1
07に接近する方向に回転しようとする。したがって、
レバー105の片側に固定部107が存在すれば電圧印
加時のレバー105の運動は制限されることになる。パ
ルス印加後は、走査によってレバー105が変位しても
固定部がレバー105に接触しない距離まで離され、走
査が続行される。
Next, the operation during recording will be described. In response to a scanning command from the control unit 113, the XYZ drive unit 116
Drives the XYZ drive element 103 to cause the recording medium 101 to scan the probe 104 in XY scanning. When the probe 104 is located at a preset recording point, the scanning is temporarily stopped and the deviation of the laser beam is measured. On the other hand, the fixing mechanism drive element 108 attached to the fixed portion 107 is extended in synchronization with the deviation measurement of the laser light, and the fixed portion 107 approaches the lever 105. When the fixing portion 107 contacts the lever 105, the deviation amount of the laser light changes, but the fixing mechanism driving element 1 is arranged so as to keep the deviation amount of the laser light measured previously.
The piezoelectric element forming 08 is feedback-controlled by the fixing mechanism controller 112. The feedback control of the fixed portion 107 is stopped immediately before the pulse voltage for recording is applied between the probe 104 and the recording medium 101, and the position of the fixed portion 107 is fixed. Next, a pulse voltage of several V for recording is applied between the probe 104 and the recording medium 101 by the voltage application unit 114. The electrostatic force generated between the probe and the recording medium 102 or the substrate 102 due to the voltage application is always an attractive force, and acts in a direction in which the probe is drawn to the recording medium.
On the other hand, one end of the lever 105 that does not hold the probe is the fixed portion 1
Attempt to rotate in the direction approaching 07. Therefore,
If the fixing portion 107 is provided on one side of the lever 105, the movement of the lever 105 when a voltage is applied is limited. After the application of the pulse, even if the lever 105 is displaced by scanning, the fixed portion is separated to a distance that does not contact the lever 105, and scanning is continued.

【0017】次に、読みとり時の動作について説明す
る。本実施例のように記録が記録媒体の導電性の局所的
な変化として行われる場合は、電圧印加部によって探針
104と基板102との間には数百mVの直流バイアス
電圧が加えられ、探針と記録媒体との間に流れる電流が
電流検出部115によって検出される。記録面上を探針
104が走査し、局所的に導電性が変化している箇所は
記録ドットとして確認される。本発明による記録再生装
置では、直径10nm以下の領域を低抵抗状態に変化さ
せることができ、記録ドットとして確認することができ
た。また、記録が記録媒体表面の構造変化として行われ
る場合は、装置をAFM動作させ、レバー105の変位
から、表面の凹凸を検出する。この時レバー105の変
位は反射レーザー光の偏位として検出される。記録面上
を探針104が走査し、局所的に表面構造が変化してい
る箇所は記録ドットとして認識される。
Next, the reading operation will be described. When recording is performed as a local change in the conductivity of the recording medium as in the present embodiment, a DC bias voltage of several hundred mV is applied between the probe 104 and the substrate 102 by the voltage applying unit, The current flowing between the probe and the recording medium is detected by the current detector 115. The probe 104 scans the recording surface, and a portion where the conductivity is locally changed is confirmed as a recording dot. In the recording / reproducing apparatus according to the present invention, a region having a diameter of 10 nm or less could be changed to a low resistance state, and it could be confirmed as a recording dot. When the recording is performed as a structural change on the surface of the recording medium, the apparatus is operated by AFM, and the unevenness of the surface is detected from the displacement of the lever 105. At this time, the displacement of the lever 105 is detected as the deviation of the reflected laser light. The probe 104 scans the recording surface, and a portion where the surface structure is locally changed is recognized as a recording dot.

【0018】[0018]

【実施例2】本実施例では実施例1で示したのと同様の
形状を持つトーション型レバーを用いた。図4に実施例
2におけるトーション型レバーを模式的に示す。レバー
401は、剛体薄膜で形成し、探針402はレバー40
1の一端に形成した。レバー401の中央部は、ねじれ
バネ性のあるレバー支持部403で支えられており、レ
バー支持部403はレバー保持部404に固定されてい
る。更に、レバー保持部404を本体に固定した。レバ
ー401及び探針402は非導電性且つ非磁性の材料で
形成した。レバー401の探針402が保持されている
面には、探針に電圧をかけるための配線406とコイル
を形成する配線407を施した。また、探針402は導
電性の材料で被覆した。コイル配線407はレバー40
1の一方のレバー支持部403を経由して定電流源31
2につながっている。また、探針402の配線はレバー
401の一方の支持部403を通ってバイアス回路につ
ながっている。コイル配線407と電圧印加用の探針配
線406は、互いに干渉しないように分離されている。
レバー401の保持部105にはレバー401のコイル
状の配線407に向かい合うように、強磁性体405を
置いた。この強磁性体405とレバー401の間には間
隙を設け、レバー401が強磁性体405に接触しない
範囲で回転運動できるようにした。記録媒体には、実施
例1と同じポリイミドLB膜を用い、電圧印加による電
気伝導特性の変化を起こさせることにより記録を行っ
た。コイル407に電流を流し磁界を発生させると、強
磁性体405の持つ磁化との間に磁気力が発生しレバー
401の探針を保持していない一端は保持部105側に
引き寄せられて接触した状態で固定される。この時、探
針402は僅かに記録面から離れる方向に動く。この状
態を保つことで、探針402と記録媒体301との間に
電圧が印加されて静電力が働いても、レバー401の回
転運動を抑止することができた。強磁性体材料としては
軟磁性体でも硬磁性体でもよいが、コイルに流せる電流
容量に制限があることや、発熱を抑えるためには、より
少ない電流で引力を発生させる必要がある。このために
は本実施例では硬磁性体を用い、予め磁化させた。硬磁
性体の場合、磁化の方向とコイルに流す電流の方向は、
コイルと磁性材との間に引力が働く方向にする必要があ
る。また、軟磁性材料を用いた場合はコイルの発生する
磁界の方向に磁性体が磁化されるので、電流の向きは考
慮する必要がない。
Second Embodiment In this embodiment, a torsion type lever having the same shape as that shown in the first embodiment is used. FIG. 4 schematically shows a torsion lever in the second embodiment. The lever 401 is formed of a rigid thin film, and the probe 402 is the lever 40.
1 was formed at one end. The central portion of the lever 401 is supported by a lever supporting portion 403 having a torsion spring property, and the lever supporting portion 403 is fixed to a lever holding portion 404. Furthermore, the lever holding part 404 was fixed to the main body. The lever 401 and the probe 402 are made of a non-conductive and non-magnetic material. A wire 406 for applying a voltage to the probe and a wire 407 for forming a coil are provided on the surface of the lever 401 on which the probe 402 is held. The probe 402 is covered with a conductive material. Coil wiring 407 is lever 40
Constant current source 31 via one lever support portion 403
It is connected to 2. Further, the wiring of the probe 402 is connected to the bias circuit through one supporting portion 403 of the lever 401. The coil wiring 407 and the probe wiring 406 for voltage application are separated so as not to interfere with each other.
On the holding portion 105 of the lever 401, a ferromagnetic material 405 was placed so as to face the coiled wiring 407 of the lever 401. A gap is provided between the ferromagnetic body 405 and the lever 401 so that the lever 401 can rotate in a range where the lever 401 does not contact the ferromagnetic body 405. The same polyimide LB film as in Example 1 was used as the recording medium, and recording was performed by causing a change in the electrical conductivity characteristics by applying a voltage. When an electric current is applied to the coil 407 to generate a magnetic field, a magnetic force is generated between the coil 407 and the magnetization of the ferromagnetic material 405, and one end of the lever 401 that does not hold the probe is attracted to the holding portion 105 side and comes into contact with it. Fixed in the state. At this time, the probe 402 slightly moves in a direction away from the recording surface. By maintaining this state, the rotational movement of the lever 401 could be suppressed even if a voltage was applied between the probe 402 and the recording medium 301 and an electrostatic force worked. The ferromagnetic material may be a soft magnetic material or a hard magnetic material, but it is necessary to generate an attractive force with a smaller current in order to limit the current capacity that can be passed through the coil and to suppress heat generation. For this purpose, a hard magnetic material was used in this example and magnetized in advance. In the case of a hard magnetic material, the direction of magnetization and the direction of current flowing in the coil are
It is necessary to have a direction in which an attractive force acts between the coil and the magnetic material. Further, when a soft magnetic material is used, the magnetic body is magnetized in the direction of the magnetic field generated by the coil, so that it is not necessary to consider the direction of the current.

【0019】図3は実施例2における記録再生装置の概
略構成図である。探針402は走査回路の命令を受けて
記録媒体上を走査する。予め設定された、記録地点に探
針が位置したときに走査が一次停止される。記録地点に
探針が位置するのに同期してコイル407に電流が流さ
れ、レバー401は磁気力によって保持部204に引き
寄せられて、接触固定される。次に記録のための数Vの
パルス電圧がパルス印加回路によって探針402と記録
媒体301との間に印加される。記録のための電圧印加
が終了した後は、コイル407への電流が切られ、レバ
ー401はレバー支持部403の持つバネ力によって元
の位置に戻る。レバー401が所定の変位に戻ったとこ
ろで走査が継続される。記録読み取り時は、実施例1と
同様の動作で行われる。本実施例における記録再生装置
でも、直径10nm以下の低抵抗状態にある記録ドット
が形成されたことを確認した。
FIG. 3 is a schematic block diagram of the recording / reproducing apparatus in the second embodiment. The probe 402 scans the recording medium in response to a command from the scanning circuit. The scanning is temporarily stopped when the probe is positioned at a preset recording point. An electric current is passed through the coil 407 in synchronization with the position of the probe at the recording point, and the lever 401 is attracted to the holding portion 204 by a magnetic force and fixed in contact therewith. Next, a pulse voltage of several V for recording is applied between the probe 402 and the recording medium 301 by the pulse applying circuit. After the voltage application for recording is completed, the current to the coil 407 is cut off, and the lever 401 returns to its original position by the spring force of the lever support portion 403. The scanning is continued when the lever 401 returns to the predetermined displacement. At the time of recording and reading, the same operation as that of the first embodiment is performed. Also in the recording / reproducing apparatus of this example, it was confirmed that recording dots having a diameter of 10 nm or less and in a low resistance state were formed.

【0020】[0020]

【実施例3】以下に本発明の実施例3を図5を参照しな
がら説明する。図5は本発明の走査型プローブ顕微鏡の
実施例3の概略構成図である。図6は、本実施例に用い
たトーション型レバーの模式図である。本実施例ではト
ーション型レバーに、剛体薄膜を用いた。探針202’
は剛体薄膜の一端に保持されている。剛体薄膜の中央部
がねじれバネ性のあるレバー支持部203’を介してレ
バー保持部204’に固定される構造とし、更に、レバ
ー保持部204’は本体に固定される構造とした。上記
構成により、レバー201’はレバー支持部203’を
支点に回転運動することができる。レバー201’は通
常のAFM動作時に働く原子間力程度の力では変形する
ことはなく、レバー支持部203’がねじれることによ
って全体としてバネとして働き、探針202’が受ける
原子間力に依存して回転変位できる。探針202’及び
レバー201’は導電性材料で形成するか、或は非導電
性材料で形成し表面を導電性材料で被覆することで、対
向電極である試料との間に電圧を加えられるようにし、
トンネル電流が検出できるようにした。レバー201’
の探針202’を保持していない一端の両面に対抗して
固定部104’及び固定部105’を配置した。固定部
104’及び固定部105’は、それぞれ伸縮機構10
6’及び伸縮機構107’で駆動される。伸縮機構10
7’は本体に固定した。一方、伸縮機構106’は板バ
ネ108’を介して本体に固定した。試料101’は試
料台102’に固定した。試料台102’には電極を取
り付け、試料101’と探針202’の間に電圧を加え
ることができるようにした。試料台102’の底部には
円筒型圧電アクチュエーターで構成されるXYZ駆動機
構を取り付けた。更に、XYZ駆動機構103’を本体
に固定した。XYZ駆動機構103’は試料台102’
及び試料101’を三次元空間的に微小変位させること
ができ、駆動部の出力信号を受けて、試料台102’を
試料平面におよそ平行なXY方向に移動させる働きと、
探針202’を試料表面に対してZ方向に駆動する働き
をする。レバー201’の変位検出には、光てこ法を用
いた。レーザー発光素子109’から発振されたレーザ
ー光はレバー201’の探針202’が保持されている
近傍の、レバー201’の探針202’が保持されてい
る面とは反対の面に照射され、反射レーザー光はレーザ
ー光受光部110’で検出される。レーザー光受光部1
10’にはフォトダイオードからなる二分割センサーを
用いた。二分割センサーの各信号成分の差はレバー20
1’の変位に比例したレーザー光の反射角の偏位として
検出される。レーザー光の偏位は偏位検出部111’で
検出され、更に制御部116’に送られる。更に、偏位
信号は、STM動作時には固定機構制御部112’に送
られ、固定部104’及び固定部105’の位置制御に
用いられる。次に、STM動作について説明する。ま
ず、レバー201’の探針202’を保持しない面に対
抗した固定部104’を駆動する伸縮機構106’が伸
ばされ、固定部104’がレバー201’に接近する。
固定部104’がレバー201’に接触しレバー20
1’が変位すれば、反射レーザー光の偏位として観測さ
れる。伸縮機構106’は反射レーザー光の偏位が接触
前の偏位量を保つように帰還制御され、接触前の偏位量
になったところで帰還制御が一時停止される。次に、伸
縮機構107’が伸ばされ、固定部105’がレバー2
01’に接近する。固定部105’がレバー201’に
接触し、レバー201’が変位すれば反射レーザー光の
偏位として観測される。このとき、伸縮機構104’は
伸縮機構105’によってカンチレバー201’を挟ん
で押されるが、板ばね108’によって変位は制限され
る。伸縮機構107’は反射レーザー光の偏位を接触前
の偏位量に保つように帰還制御される。探針202’と
試料101’の間にはバイアスが印加され、電流検出部
でトンネル電流が検出される。XYZ駆動機構103’
が制御部116’の信号を受けた駆動部114’によっ
て駆動され、設定電流値に達するまで試料101’は探
針202’に対して接近する。設定電流値に達した後
は、探針202’と試料101’間の距離はトンネル電
流値が一定になるようにXYZ駆動機構103’によっ
てZ方向の距離が帰還制御される。この帰還制御量を表
面構造に対応するSTM信号として検出した。次にAF
M動作について説明する。まず、AFM動作時は、固定
部はレバー201’が変位しても接触しない程度まで十
分レバー201’から離した状態にする。次に試料10
1’を探針202’にXYZ駆動機構103’を用いて
試料101’表面に探針202’がある一定の力を受け
るまで接近させる。この時、探針202’の受ける力は
レバー201’の変位、即ち、反射レーザー光の偏位信
号で観測した。偏位検出部111’で検出された反射レ
ーザー光の偏位信号は制御部116’に送られ、この偏
位信号に基づいて試料101’の位置制御が行われる。
即ち反射レーザー光の反射角が一定になるようにXYZ
駆動機構103’を帰還制御し、Z方向に試料位置制御
を行う。一方、帰還制御信号は試料の凹凸に対応するA
FM信号として出力される。STM動作またはAFM動
作を選択し、各々の動作状態になった後、制御部11
6’は駆動部114’に対しXYZ駆動機構103’を
XY走査させるよう出力する。画像処理部115’は位
置座標信号とSTM信号またはAFM信号と対応させて
画像処理し、画像表示する。
Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of Embodiment 3 of the scanning probe microscope of the present invention. FIG. 6 is a schematic view of the torsion type lever used in this embodiment. In this embodiment, a rigid thin film is used for the torsion lever. Probe 202 '
Is held at one end of the rigid thin film. The central portion of the rigid thin film is fixed to the lever holding portion 204 ′ via the lever supporting portion 203 ′ having a torsion spring property, and the lever holding portion 204 ′ is fixed to the main body. With the above configuration, the lever 201 'can rotate about the lever supporting portion 203' as a fulcrum. The lever 201 ′ is not deformed by a force equivalent to the atomic force that acts during normal AFM operation, and the lever support 203 ′ twists to act as a spring as a whole, depending on the atomic force received by the probe 202 ′. Can be rotationally displaced. The probe 202 ′ and the lever 201 ′ are formed of a conductive material or a non-conductive material and the surfaces thereof are covered with a conductive material, so that a voltage is applied between the probe and the sample which is a counter electrode. And then
Enabled to detect the tunnel current. Lever 201 '
The fixing portion 104 ′ and the fixing portion 105 ′ are arranged so as to oppose both surfaces of the one end which does not hold the probe 202 ′. The fixed portion 104 'and the fixed portion 105' are respectively the expansion and contraction mechanism 10
6'and the expansion / contraction mechanism 107 '. Telescopic mechanism 10
7'is fixed to the main body. On the other hand, the expansion / contraction mechanism 106 'is fixed to the main body via the leaf spring 108'. The sample 101 'was fixed on the sample table 102'. An electrode was attached to the sample table 102 'so that a voltage could be applied between the sample 101' and the probe 202 '. An XYZ drive mechanism composed of a cylindrical piezoelectric actuator was attached to the bottom of the sample table 102 '. Furthermore, the XYZ drive mechanism 103 'was fixed to the main body. The XYZ drive mechanism 103 'is the sample stage 102'.
And that the sample 101 'can be minutely displaced three-dimensionally spatially, the output signal of the drive unit is received, and the sample stage 102' is moved in the XY directions substantially parallel to the sample plane.
It functions to drive the probe 202 ′ in the Z direction with respect to the sample surface. An optical lever method was used to detect the displacement of the lever 201 '. The laser light oscillated from the laser light emitting element 109 'is irradiated to the surface of the lever 201' near the probe 202 ', which is opposite to the surface of the lever 201' opposite to the probe 202 '. The reflected laser light is detected by the laser light receiver 110 '. Laser light receiver 1
A two-divided sensor consisting of a photodiode was used for 10 '. The difference between the signal components of the two-divided sensor is the lever 20.
It is detected as a deviation of the reflection angle of the laser beam in proportion to the displacement of 1 '. The deviation of the laser light is detected by the deviation detecting unit 111 ′ and further sent to the control unit 116 ′. Further, the deviation signal is sent to the fixing mechanism control unit 112 ′ during STM operation and used for position control of the fixing unit 104 ′ and the fixing unit 105 ′. Next, the STM operation will be described. First, the expansion / contraction mechanism 106 ′ for driving the fixed portion 104 ′ that opposes the surface of the lever 201 ′ that does not hold the probe 202 ′ is extended, and the fixed portion 104 ′ approaches the lever 201 ′.
The fixed part 104 'comes into contact with the lever 201' and the lever 20
If 1'is displaced, it is observed as a deviation of the reflected laser light. The expansion / contraction mechanism 106 'is feedback-controlled so that the deviation of the reflected laser light maintains the deviation before contact, and the feedback control is temporarily stopped when the deviation reaches the deviation before contact. Next, the expansion / contraction mechanism 107 'is extended, and the fixed portion 105' is moved to the lever 2.
Approach 01 '. When the fixed portion 105 'comes into contact with the lever 201' and the lever 201 'is displaced, it is observed as a deviation of the reflected laser light. At this time, the expansion / contraction mechanism 104 'is pushed by the expansion / contraction mechanism 105' while sandwiching the cantilever 201 ', but the displacement is limited by the leaf spring 108'. The expansion / contraction mechanism 107 'is feedback-controlled so that the deviation of the reflected laser light is maintained at the deviation amount before the contact. A bias is applied between the probe 202 ′ and the sample 101 ′, and the tunnel current is detected by the current detector. XYZ drive mechanism 103 '
Are driven by a drive unit 114 ′ that receives a signal from the control unit 116 ′, and the sample 101 ′ approaches the probe 202 ′ until the set current value is reached. After reaching the set current value, the distance between the probe 202 ′ and the sample 101 ′ is feedback-controlled in the Z direction by the XYZ drive mechanism 103 ′ so that the tunnel current value becomes constant. This feedback control amount was detected as an STM signal corresponding to the surface structure. Next, AF
The M operation will be described. First, during the AFM operation, the fixed portion is sufficiently separated from the lever 201 ′ to the extent that the fixed portion does not come into contact with the lever 201 ′ even when the lever 201 ′ is displaced. Next, sample 10
1'is brought closer to the probe 202 'by using the XYZ drive mechanism 103' until the probe 202 'receives a certain force on the surface of the sample 101'. At this time, the force received by the probe 202 ′ was observed by the displacement of the lever 201 ′, that is, the displacement signal of the reflected laser light. The deviation signal of the reflected laser light detected by the deviation detection unit 111 ′ is sent to the control unit 116 ′, and the position control of the sample 101 ′ is performed based on this deviation signal.
That is, XYZ so that the reflection angle of the reflected laser light becomes constant.
The drive mechanism 103 ′ is feedback-controlled to control the sample position in the Z direction. On the other hand, the feedback control signal corresponds to the unevenness of the sample A
It is output as an FM signal. After selecting the STM operation or the AFM operation and entering the respective operation states, the control unit 11
6'outputs to the drive unit 114 'to cause the XYZ drive mechanism 103' to perform XY scanning. The image processing unit 115 ′ performs image processing in correspondence with the position coordinate signal and the STM signal or the AFM signal, and displays the image.

【0021】[0021]

【実施例4】実施例3では、固定部104’及び固定部
105’の2つの固定部を用い、レバー201’を両固
定部で挟みつけて固定する構成とした。しかし、STM
動作時において、探針が試料より離された状態で駆動さ
れる場合、探針が受ける原子間力が常に引力である。こ
のとき探針が、設定した位置より試料に接近する方向へ
のレバーの変位を抑止すれば、レバーの変位を抑止でき
ることになる。この場合、図3に示すように、固定部1
05’を省き、固定部104’のみの構成とした。ST
M動作時には、まず、レバー201’の探針202’を
保持しない面に対抗した固定部104’を駆動する伸縮
機構106’が伸ばされ、固定部104’がレバー20
1’に接近する。固定部104’がレバー201’に接
触しレバー201’が変位すれば、反射レーザー光の偏
位として観測される。伸縮機構106’は反射レーザー
光の偏位が接触前の偏位量を保つように帰還制御され、
接触前の偏位量になったところで帰還制御が一時停止さ
れる。試料101’が探針202’に近づき、引力が大
きくなっても、レバー201’は固定部104’に阻ま
れて回転変位することができない。また、探針202’
が試料101’から遠ざかる方向へ動いた場合、引力は
小さくなるが、レバー201’は支持部のバネ力によっ
て固定部に押さえつけられるので、回転変位しない。従
って、トーション型レバーは、剛体探針の一部として作
用する。
[Fourth Embodiment] In the third embodiment, two fixing portions, that is, a fixing portion 104 'and a fixing portion 105' are used, and the lever 201 'is sandwiched and fixed by both fixing portions. But STM
In operation, when the probe is driven in a state of being separated from the sample, the atomic force received by the probe is always attractive. At this time, if the probe suppresses the displacement of the lever in the direction approaching the sample from the set position, the displacement of the lever can be suppressed. In this case, as shown in FIG.
05 'is omitted and only the fixing portion 104' is configured. ST
At the time of the M operation, first, the expansion / contraction mechanism 106 ′ for driving the fixed portion 104 ′ that opposes the surface of the lever 201 ′ that does not hold the probe 202 ′ is extended, and the fixed portion 104 ′ is moved to the lever 20.
Approach 1 '. If the fixed portion 104 'comes into contact with the lever 201' and the lever 201 'is displaced, it is observed as a deviation of the reflected laser light. The expansion / contraction mechanism 106 'is feedback-controlled so that the deviation of the reflected laser light maintains the deviation before contact.
The feedback control is temporarily stopped when the deviation amount before contact is reached. Even if the sample 101 ′ approaches the probe 202 ′ and the attractive force increases, the lever 201 ′ is blocked by the fixed portion 104 ′ and cannot be rotationally displaced. Also, the probe 202 '
When is moved away from the sample 101 ', the attractive force becomes smaller, but the lever 201' is pressed against the fixed portion by the spring force of the support portion, so that it is not rotationally displaced. Therefore, the torsion lever acts as a part of the rigid probe.

【0022】[0022]

【実施例5】実施例3において、レバー201’の変位
を厳密に定める必要がない場合には、図8に示すよう
に、固定部104’だけを用い、固定部105’の代わ
りに、伸縮機能を持たない変位制限部205を設ける構
成とした。この場合、STM動作時には、固定部10
4’が伸ばされ、レバー201’を変位制限部205に
押さえつけられることによってレバー201’の変位を
抑止することができる。
Fifth Embodiment In the third embodiment, when it is not necessary to strictly determine the displacement of the lever 201 ′, as shown in FIG. 8, only the fixing portion 104 ′ is used, and instead of the fixing portion 105 ′, expansion and contraction is performed. The displacement limiting section 205 having no function is provided. In this case, during the STM operation, the fixed part 10
4'is extended and the lever 201 'is pressed against the displacement limiting portion 205, so that the displacement of the lever 201' can be suppressed.

【0023】[0023]

【実施例6】実施例6は実施例3とはSTM動作時のレ
バーの変位抑止方法が異なる。以下に、実施例6におけ
るトーション型レバー、及びSTM動作時のトーション
型レバーの変位抑止方法について説明する。図10に示
す実施例6におけるトーション型レバーは、実施例3で
示したトーション型レバーと同様の構造を持つ。ただ
し、レバー601は、非導電性材料で形成した。探針6
02を保持している面には探針602にバイアス電圧を
かけるための導電性配線605を施した。探針602を
保持している面とは反対の面には導電性配線606を施
し、定電流源に接続した。導電性配線606は電流を流
すことによってコイルとして働く。また、この導電性配
線606は、導電性配線605とは電気的に絶縁されて
いる。レバー601の探針602を保持していない一端
の、一方の面に対抗して固定部506を配置した。固定
部506は、伸縮機構507を介して本体に固定した。
固定部506は、非磁性体で構成し、表面に強磁性体で
被覆したが、強磁性体で構成しても良い。図9に示した
実施例4における概略構成図を参照しながらSTM動作
について説明する。伸縮機構507が駆動され、固定部
506がレバー601に接近する。固定部506の先端
がレバー601に接触し、レバー601が変位すると、
反射レーザー光の偏位として検出される。伸縮機構50
7は反射レーザー光の偏位が接触面と同じ偏位を保つよ
うに帰還制御される。次に、固定機構制御部512が定
電流源517を駆動し、導電性配線606に電流を流し
磁界を発生させると、固定部506先端の強磁性体の磁
化との間に磁気力による引力が働き、レバー601は固
定部506に接触した状態で固定された。この状態で
は、探針602が試料501に接近し原子間力が働くよ
うになってもレバー601は変位することができず、剛
体探針の一部として作動した。固定部506に用いる強
磁性体としては、できるだけ強い磁気力を得るために硬
磁性体を用い、予め磁化させた。磁化の方向とコイルに
流す電流の方向は、コイルと磁性材との間に引力が働く
方向にとった。
[Sixth Embodiment] A sixth embodiment is different from the third embodiment in the method of suppressing the displacement of the lever during the STM operation. Hereinafter, a torsion type lever according to the sixth embodiment and a method for suppressing displacement of the torsion type lever during STM operation will be described. The torsion lever in the sixth embodiment shown in FIG. 10 has the same structure as the torsion lever in the third embodiment. However, the lever 601 was formed of a non-conductive material. Probe 6
A conductive wire 605 for applying a bias voltage to the probe 602 is provided on the surface holding 02. A conductive wiring 606 was provided on the surface opposite to the surface holding the probe 602 and connected to a constant current source. The conductive wiring 606 functions as a coil by passing an electric current. The conductive wiring 606 is electrically insulated from the conductive wiring 605. The fixing portion 506 is arranged so as to face one surface of one end of the lever 601 which does not hold the probe 602. The fixing portion 506 was fixed to the main body via the expansion / contraction mechanism 507.
Although the fixed portion 506 is made of a non-magnetic material and the surface thereof is coated with a ferromagnetic material, it may be made of a ferromagnetic material. The STM operation will be described with reference to the schematic configuration diagram of the fourth embodiment shown in FIG. The expansion / contraction mechanism 507 is driven, and the fixed portion 506 approaches the lever 601. When the tip of the fixed portion 506 contacts the lever 601 and the lever 601 is displaced,
It is detected as a deviation of the reflected laser light. Telescopic mechanism 50
Reference numeral 7 is feedback-controlled so that the deviation of the reflected laser light maintains the same deviation as the contact surface. Next, when the fixing mechanism control unit 512 drives the constant current source 517 and causes a current to flow through the conductive wiring 606 to generate a magnetic field, an attractive force due to a magnetic force is generated between the fixed mechanism controller 512 and the magnetization of the ferromagnetic material at the tip of the fixing unit 506. Working, the lever 601 was fixed while being in contact with the fixing portion 506. In this state, the lever 601 could not be displaced even when the probe 602 approached the sample 501 and the interatomic force worked, and it acted as a part of the rigid probe. As the ferromagnetic material used for the fixed part 506, a hard magnetic material was used in order to obtain as strong a magnetic force as possible, and was magnetized in advance. The direction of magnetization and the direction of current flowing through the coil were set so that attractive force was exerted between the coil and the magnetic material.

【0024】[0024]

【実施例7】本実施例が実施例6と異なるのは、STM
動作時のトーション型レバーの変位抑止方法である。本
実施例におけるトーション型レバー、及びトーション型
レバーの変位抑止方法を図11を参照しながら説明す
る。本実施例におけるトーション型レバーは、実施例3
で示したトーション型レバーと同様の構造とした。レバ
ー705の背面には導電性被覆708を施した。導電性
被覆708は探針にバイアスを加えるための配線とは電
気的に絶縁されている。レバー705の探針704を保
持していない一端の、探針704を保持していない面に
対向して、制限部706を設け、制限部706は伸縮機
構707を介して本体に固定した。制限部706の先端
表面には非導電性被覆709を施した。STM動作時に
は、伸縮機構707が伸ばされ、固定部706がレバー
705に接近する。固定部706がレバー705に接触
し、レバー705が変位すれば、反射レーザー光の偏位
としてレーザー光受光部713で観測される。伸縮機構
707は、反射レーザー光の偏位が接触前の偏位量を保
つように帰還制御される。次に、レバーと固定部との間
には一定バイアス電圧が加えられる。固定部706とレ
バー上の被覆708は非導電性被覆709によって隔て
られているので静電引力が働くため、レバー705は固
定部706或は非導電性被覆709に接触した状態で固
定され、レバー705の変位は制限される。
[Seventh Embodiment] This embodiment differs from the sixth embodiment in that the STM
This is a method for suppressing the displacement of the torsion type lever during operation. A torsion type lever and a method of suppressing displacement of the torsion type lever in this embodiment will be described with reference to FIG. The torsion type lever in this embodiment is the same as that in the third embodiment.
The structure is similar to that of the torsion type lever shown in. A conductive coating 708 was applied to the back surface of the lever 705. The conductive coating 708 is electrically insulated from the wiring for applying a bias to the probe. A limiting portion 706 is provided so as to face the surface of the lever 705 that does not hold the probe 704 and faces the surface that does not hold the probe 704, and the limiting portion 706 is fixed to the main body via the expansion / contraction mechanism 707. A non-conductive coating 709 is applied to the tip surface of the limiting portion 706. During the STM operation, the expansion / contraction mechanism 707 is extended, and the fixed portion 706 approaches the lever 705. When the fixed portion 706 contacts the lever 705 and the lever 705 is displaced, the deviation of the reflected laser light is observed by the laser light receiving portion 713. The expansion / contraction mechanism 707 is feedback-controlled so that the deviation of the reflected laser light maintains the deviation before contact. Next, a constant bias voltage is applied between the lever and the fixed part. Since the fixed portion 706 and the coating 708 on the lever are separated by the non-conductive coating 709, an electrostatic attractive force is exerted, so that the lever 705 is fixed in contact with the fixed portion 706 or the non-conductive coating 709. The displacement of 705 is limited.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の情報処理装置は、以上のように
探針と媒体間への電圧印加に同期して前記探針を保持す
る弾性部材の変位を制限する機構を設けるように構成さ
れているので、電圧印加時に、静電力によって探針が記
録媒体に引き寄せられることが抑止できる。したがっ
て、本発明において記録再生装置を構成する場合には、
電圧印加時に、静電力によって探針が記録媒体に引き寄
せられることを抑止でき、探針が記録媒体に過剰な力を
及ぼすことによる記録媒体の破壊、或は探針と記録媒体
との距離が接近するのに伴って電解強度が上昇すること
による記録媒体の破壊が防止され、安定性の高い記録再
生装置を提供することができる。
As described above, the information processing apparatus of the present invention is configured to provide a mechanism for limiting the displacement of the elastic member holding the probe in synchronization with the voltage application between the probe and the medium. Therefore, it is possible to prevent the probe from being attracted to the recording medium by the electrostatic force when the voltage is applied. Therefore, when configuring the recording / reproducing apparatus in the present invention,
When a voltage is applied, it is possible to prevent the probe from being attracted to the recording medium due to electrostatic force, and the probe exerts an excessive force on the recording medium, causing damage to the recording medium, or the distance between the probe and the recording medium decreases. As a result, it is possible to prevent the recording medium from being destroyed due to an increase in the electrolytic strength, and to provide a highly stable recording / reproducing apparatus.

【0026】また、本発明においてプローブ顕微鏡を構
成する場合には、特に、これによりAFM/STM複合
装置を構成する場合には、同一探針を用いて同一領域の
正確なAFM像及びSTM像を取得することが可能とな
る。そして、任意の変位量でトーション型レバーを固定
できるので、トンネル電流を一定にするために試料の位
置制御を行うためのピエゾ素子にかける帰還信号と、実
際の探針の変位を比例させることができ、原子間力に影
響されることのなく正確なSTM動作を行うことができ
る。
Further, when the probe microscope is constructed in the present invention, particularly when the AFM / STM combined apparatus is constructed thereby, accurate AFM images and STM images of the same region are obtained by using the same probe. It becomes possible to acquire. Since the torsion lever can be fixed with an arbitrary amount of displacement, it is possible to make the actual displacement of the probe proportional to the feedback signal applied to the piezo element for controlling the position of the sample to keep the tunnel current constant. Therefore, an accurate STM operation can be performed without being affected by the interatomic force.

【0027】さらに、本発明において探針を保持する弾
性部材を、トーション型レバーで構成した場合には、レ
バー自体のたわみをなくすることができ、レバーの動き
を抑止したときの探針位置のぶれを抑制することができ
るので、電圧印加時も電圧印加直前の探針位置に保つこ
とができ、目的の場所に正確に電圧印加を行うことがで
きる。そしてプローブ顕微鏡においては、このトーショ
ン型レバーで構成したことによりカンチレバーを用いた
ときにみられる、STM動作時のレバー自体のねじれ、
或はたわみを抑止でき、探針を任意の変位位置で固定で
き、これによりAFM像を取得した後、同じ領域を同一
の探針を用いて正確なSTM像を取得することを可能と
することができる。また、レバーの動きを制限する機構
を探針及び記録面と離れた場所に設置することがそで
き、装置構成を容易化することができる。
Further, in the present invention, when the elastic member for holding the probe is constituted by a torsion type lever, the deflection of the lever itself can be eliminated, and the probe position at the time of suppressing the movement of the lever can be eliminated. Since the shake can be suppressed, it is possible to maintain the probe position immediately before the voltage is applied even when the voltage is applied, and it is possible to accurately apply the voltage to the target location. In a probe microscope, the torsion of the lever itself during STM operation, which is observed when a cantilever is used due to the configuration of this torsion type lever,
Alternatively, the deflection can be suppressed, and the probe can be fixed at an arbitrary displacement position, which makes it possible to acquire an accurate STM image in the same region using the same probe after acquiring the AFM image. You can Further, a mechanism for restricting the movement of the lever can be installed at a place apart from the probe and the recording surface, and the device configuration can be simplified.

【0028】さらにまた、本発明において探針を保持す
る弾性部材の運動を制限する機構として、伸縮機構の伸
縮部を前記弾性部材に接触させる構成、或いは、前記弾
性部材に対向する保持部に電磁気力で固定する構成等を
採る場合には、電圧印加による静電力によって探針が記
録媒体に引き寄せられる力が働いても、探針が記録媒体
に過剰に接近することを確実に抑止することができる。
これを特に、プローブ顕微鏡に用いることによって、カ
ンチレバーを用いたときにみられる、STM動作時のレ
バー自体のねじれ、或はたわみを抑止でき、探針を任意
の変位位置で固定でき、これによりAFM像を取得した
後、同じ領域を同一の探針を用いて正確なSTM像を取
得することを可能とすることができる。
Furthermore, according to the present invention, as a mechanism for restricting the movement of the elastic member holding the probe, the expansion / contraction part of the expansion / contraction mechanism is brought into contact with the elastic member, or the holding part facing the elastic member is electromagnetized. When adopting a configuration of fixing with force, it is possible to reliably prevent the probe from approaching the recording medium excessively even if the force of pulling the probe toward the recording medium acts due to electrostatic force due to voltage application. it can.
By using this in a probe microscope in particular, it is possible to suppress twisting or bending of the lever itself during STM operation, which can be seen when using a cantilever, and to fix the probe at an arbitrary displacement position. After acquiring the image, it is possible to acquire an accurate STM image in the same region using the same probe.

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

【図1】 本発明の実施例1における記録再生装置の
概略構成図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a recording / reproducing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例1におけるトーション型レ
バーの模式図
FIG. 2 is a schematic diagram of a torsion type lever according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例2における記録再生装置の
概略構成図
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a recording / reproducing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施例2におけるトーション型レ
バーの模式図
FIG. 4 is a schematic diagram of a torsion type lever according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 記録媒体 101’ 試料 102 基板 102’ 試料台 103、103’ XYZ駆動素子 104 探針 104’ 固定部 105 レバー 105’ 固定部 106 支持部 106’ 伸縮機構 107 固定部 107’ 伸縮機構 108 固定機構駆動素子 108’ 板ばね 109、109’ レーザー発光素子 110、110’ レーザー光受光素子 201、201’ レバー 202、202’ 探針 203、203’ 支持部 204、204’ レバー保持部 205 変位制限部 301 記録媒体 302 基板 303 XYZ駆動素子 304 探針 305 レバー 306 支持部 307 コイル 308 強磁性体 309 レーザー発光素子 310 レーザー光検出素子 401 レバー 402 探針 403 支持部 404 レバー保持部 405 強磁性体 406 電圧印加用配線 407 コイル配線 501 試料 502 試料台 503 XYZ駆動機構 506 固定部 507 伸縮機構 509 レーザー発光素子 510 レーザー光受光部 601 レバー 602 探針 603 レバー支持部 604 レバー保持部 605 導電性配線 606 導電性配線 701 試料 702 試料台 703 XYZ駆動機構 704 探針 705 レバー 706 固定部 707 伸縮機構 708 導電性被覆 709 非導電性被覆 710 レーザー発光素子 711 レーザー光受光部 101 recording medium 101 'sample 102 substrate 102' sample stage 103, 103 'XYZ drive element 104 probe 104' fixed part 105 lever 105 'fixed part 106 support part 106' expansion mechanism 107 fixed part 107 'expansion mechanism 108 fixed mechanism drive Element 108 'Leaf spring 109, 109' Laser light emitting element 110, 110 'Laser light receiving element 201, 201' Lever 202, 202 'Probe 203, 203' Support part 204, 204 'Lever holding part 205 Displacement limiting part 301 Recording Medium 302 Substrate 303 XYZ drive element 304 Probe 305 Lever 306 Support portion 307 Coil 308 Ferromagnetic material 309 Laser light emitting element 310 Laser light detecting element 401 Lever 402 Probe 403 Support portion 404 Lever holding portion 405 Ferromagnetic material 40 Wiring for voltage application 407 Coil wiring 501 Sample 502 Sample stage 503 XYZ drive mechanism 506 Fixed part 507 Expansion / contraction mechanism 509 Laser light emitting element 510 Laser light receiving part 601 Lever 602 Probe 603 Lever support part 604 Lever holding part 605 Conductive wire 606 Conductivity Wiring 701 Sample 702 Sample stage 703 XYZ drive mechanism 704 Probe 705 Lever 706 Fixed part 707 Expansion / contraction mechanism 708 Conductive coating 709 Non-conductive coating 710 Laser light emitting element 711 Laser light receiving part

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年5月18日[Submission date] May 18, 1995

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Name of item to be amended] Detailed explanation of the invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0021】[0021]

【実施例4】実施例3では、固定部104’及び固定部
105’の2つの固定部を用い、レバー201’を両固
定部で挟みつけて固定する構成とした。しかし、STM
動作時において、探針が試料より離された状態で駆動さ
れる場合、探針が受ける原子間力が常に引力である。こ
のとき探針が、設定した位置より試料に接近する方向へ
のレバーの変位を抑止すれば、レバーの変位を抑止でき
ることになる。この場合、図に示すように、固定部1
05’を省き、固定部104’のみの構成とした。ST
M動作時には、まず、レバー201’の探針202’を
保持しない面に対抗した固定部104’を駆動する伸縮
機構106’が伸ばされ、固定部104’がレバー20
1’に接近する。固定部104’がレバー201’に接
触しレバー201’が変位すれば、反射レーザー光の偏
位として観測される。伸縮機構106’は反射レーザー
光の偏位が接触前の偏位量を保つように帰還制御され、
接触前の偏位量になったところで帰還制御が一時停止さ
れる。試料101’が探針202’に近づき、引力が大
きくなっても、レバー201’は固定部104’に阻ま
れて回転変位することができない。また、探針202’
が試料101’から遠ざかる方向へ動いた場合、引力は
小さくなるが、レバー201’は支持部のバネ力によっ
て固定部に押さえつけられるので、回転変位しない。従
って、トーション型レバーは、剛体探針の一部として作
用する。
[Fourth Embodiment] In the third embodiment, two fixing portions, that is, a fixing portion 104 'and a fixing portion 105' are used, and the lever 201 'is sandwiched and fixed by both fixing portions. But STM
In operation, when the probe is driven in a state of being separated from the sample, the atomic force received by the probe is always attractive. At this time, if the probe suppresses the displacement of the lever in the direction approaching the sample from the set position, the displacement of the lever can be suppressed. In this case, as shown in FIG. 7, the fixed part 1
05 'is omitted and only the fixing portion 104' is configured. ST
At the time of the M operation, first, the expansion / contraction mechanism 106 ′ for driving the fixed portion 104 ′ that opposes the surface of the lever 201 ′ that does not hold the probe 202 ′ is extended, and the fixed portion 104 ′ is moved to the lever 20.
Approach 1 '. If the fixed portion 104 'comes into contact with the lever 201' and the lever 201 'is displaced, it is observed as a deviation of the reflected laser light. The expansion / contraction mechanism 106 'is feedback-controlled so that the deviation of the reflected laser light maintains the deviation before contact.
The feedback control is temporarily stopped when the deviation amount before contact is reached. Even if the sample 101 ′ approaches the probe 202 ′ and the attractive force increases, the lever 201 ′ is blocked by the fixed portion 104 ′ and cannot be rotationally displaced. Also, the probe 202 '
When is moved away from the sample 101 ', the attractive force becomes smaller, but the lever 201' is pressed against the fixed portion by the spring force of the support portion, so that it is not rotationally displaced. Therefore, the torsion lever acts as a part of the rigid probe.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

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

【図1】 本発明の実施例1における記録再生装置の
概略構成図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a recording / reproducing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例1におけるトーション型レ
バーの模式図
FIG. 2 is a schematic diagram of a torsion type lever according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例2における記録再生装置の
概略構成図
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a recording / reproducing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施例2におけるトーション型レ
バーの模式図
FIG. 4 is a schematic diagram of a torsion type lever according to a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例3における走査型プローブ
顕微鏡の概略構成図
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a scanning probe microscope according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施例3におけるトーション型レ
バーの模式図
FIG. 6 is a schematic diagram of a torsion lever according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例4におけるレバー変位制限
方法を示す概略図
FIG. 7 is a schematic diagram showing a lever displacement limiting method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施例5におけるレバー変位制限
方法を示す概略図
FIG. 8 is a schematic diagram showing a lever displacement limiting method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施例6における走査型プローブ
顕微鏡の概略構成図
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a scanning probe microscope according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施例6におけるトーション型
レバーの模式図
FIG. 10 is a schematic diagram of a torsion lever according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施例7におけるトーション型
レバー変位防止法を表す概略図
FIG. 11 is a schematic view showing a torsion type lever displacement prevention method in Embodiment 7 of the present invention.

【符号の説明】 101 記録媒体 101’ 試料 102 基板 102’ 試料台 103、103’ XYZ駆動素子 104 探針 104’ 固定部 105 レバー 105’ 固定部 106 支持部 106’ 伸縮機構 107 固定部 107’ 伸縮機構 108 固定機構駆動素子 108’ 板ばね 109、109’ レーザー発光素子 110、110’ レーザー光受光素子 201、201’ レバー 202、202’ 探針 203、203’ 支持部 204、204’ レバー保持部 205 変位制限部 301 記録媒体 302 基板 303 XYZ駆動素子 304 探針 305 レバー 306 支持部 307 コイル 308 強磁性体 309 レーザー発光素子 310 レーザー光検出素子 401 レバー 402 探針 403 支持部 404 レバー保持部 405 強磁性体 406 電圧印加用配線 407 コイル配線 501 試料 502 試料台 503 XYZ駆動機構 506 固定部 507 伸縮機構 509 レーザー発光素子 510 レーザー光受光部 601 レバー 602 探針 603 レバー支持部 604 レバー保持部 605 導電性配線 606 導電性配線 701 試料 702 試料台 703 XYZ駆動機構 704 探針 705 レバー 706 固定部 707 伸縮機構 708 導電性被覆 709 非導電性被覆 710 レーザー発光素子 711 レーザー光受光部[Explanation of reference symbols] 101 recording medium 101 'sample 102 substrate 102' sample stage 103, 103 'XYZ drive element 104 probe 104' fixed part 105 lever 105 'fixed part 106 support part 106' expansion mechanism 107 fixed part 107 'expansion and contraction Mechanism 108 Fixing mechanism drive element 108 'Leaf spring 109, 109' Laser light emitting element 110, 110 'Laser light receiving element 201, 201' Lever 202, 202 'Probe 203, 203' Support portion 204, 204 'Lever holding portion 205 Displacement limiting section 301 Recording medium 302 Substrate 303 XYZ drive element 304 Probe 305 Lever 306 Support section 307 Coil 308 Ferromagnetic material 309 Laser light emitting element 310 Laser light detection element 401 Lever 402 Probe 403 Support section 404 Lever holding section 405 Ferromagnetic material 406 Voltage application wiring 407 Coil wiring 501 Sample 502 Sample stage 503 XYZ drive mechanism 506 Fixed part 507 Expansion / contraction mechanism 509 Laser light emitting element 510 Laser light receiving part 601 Lever 602 Probe 603 Lever support part 604 Lever holding part 605 Conductivity Conductive wiring 606 Conductive wiring 701 Sample 702 Sample stage 703 XYZ drive mechanism 704 Probe 705 Lever 706 Fixed part 707 Expansion mechanism 708 Conductive coating 709 Non-conductive coating 710 Laser light emitting element 711 Laser light receiving part

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】弾性部材によって保持された探針をこれに
対向する媒体に対して走査し、その物理現象から生じる
信号を検出して情報処理を行う情報処理装置において、
探針と媒体間への電圧印加に同期して前記探針を保持す
る弾性部材の変位を制限する機構を設けたことを特徴と
する情報処理装置。
1. An information processing apparatus for performing information processing by scanning a probe held by an elastic member with respect to a medium facing the probe and detecting a signal resulting from a physical phenomenon thereof to perform information processing,
An information processing apparatus comprising a mechanism for limiting displacement of an elastic member holding the probe in synchronization with voltage application between the probe and the medium.
【請求項2】前記弾性部材が、剛体からなるレバーを弾
性支持部で支持してなるトーション型レバーで構成され
ていることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装
置。
2. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the elastic member is a torsion type lever in which a rigid lever is supported by an elastic support portion.
【請求項3】前記弾性部材の変位を制限する機構が、伸
縮機構の伸縮部を前記トーション型レバーのレバー部に
接触させることによって、その変位を制限するように構
成されていることを特徴とする請求項2に記載の情報処
理装置。
3. A mechanism for limiting the displacement of the elastic member is configured to limit the displacement of the elastic member by bringing the telescopic portion of the telescopic mechanism into contact with the lever portion of the torsion lever. The information processing device according to claim 2.
【請求項4】前記弾性部材の変位を制限する機構が、前
記トーション型レバーのレバー部をこれに対向する保持
部に磁気力或いは静電力の電磁気力によって固定するこ
とによって、その変位を制限するように構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の情報処理装置。
4. A mechanism for limiting the displacement of the elastic member fixes the lever portion of the torsion type lever to a holding portion facing it by electromagnetic force such as magnetic force or electrostatic force to limit the displacement. The information processing apparatus according to claim 2, wherein the information processing apparatus is configured as described above.
【請求項5】弾性部材によって保持された探針をこれに
対向する記録媒体に対して走査し、その物理現象から生
じる信号を検出して記録再生を行う記録再生装置におい
て、記録を行うための電圧印加に同期して前記探針を保
持する弾性部材の変位を制限する機構を設けたことを特
徴とする記録再生装置。
5. A recording / reproducing apparatus for performing recording / reproduction by scanning a recording medium, which is held by an elastic member, with respect to a recording medium opposite thereto, and detecting a signal generated from the physical phenomenon to perform recording / reproduction. A recording / reproducing apparatus provided with a mechanism for limiting a displacement of an elastic member holding the probe in synchronization with voltage application.
【請求項6】弾性部材によって保持された探針をこれに
対向する試料表面に対して走査してその物理現象から生
じる信号を検出すると共に、この検出信号が一定になる
ように帰還制御することにより探針・試料間の距離を制
御して表面観察を行う走査型プローブ顕微鏡において、
探針と試料間へのバイアス印加に同期して前記探針を保
持する弾性部材の変位を制限する機構を設けたことを特
徴とする走査型プローブ顕微鏡。
6. A probe held by an elastic member is scanned with respect to a sample surface facing the probe to detect a signal generated from a physical phenomenon thereof, and feedback control is performed so that the detected signal becomes constant. In a scanning probe microscope that observes the surface by controlling the distance between the probe and the sample by
A scanning probe microscope comprising a mechanism for limiting displacement of an elastic member holding the probe in synchronization with application of a bias between the probe and the sample.
【請求項7】前記弾性部材の変位を制限する機構が、剛
体からなるレバーを弾性支持部で支持してなるトーショ
ン型レバーのレバー部に、伸縮機構の伸縮部を片側又は
両側から接触させることによって、その変位を制限する
ように構成したことを特徴とする請求項6に記載の走査
型プローブ顕微鏡。
7. A mechanism for limiting the displacement of the elastic member is such that the expansion / contraction part of the expansion / contraction mechanism is brought into contact with the lever part of a torsion type lever having a rigid lever supported by an elastic support part from one side or both sides. The scanning probe microscope according to claim 6, wherein the scanning probe microscope is configured so as to limit the displacement thereof.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11108940A (en) * 1997-08-04 1999-04-23 Seiko Instruments Inc Scanning probe microscope

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JPH11108940A (en) * 1997-08-04 1999-04-23 Seiko Instruments Inc Scanning probe microscope

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