JPH0875761A - 走査型プローブ顕微鏡ならびに該顕微鏡を用いた加工装置および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定のダイナミックレンジが広く、また制御
性を向上した走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡等
の走査型プローブ顕微鏡ならびにそれらを用いた加工装
置および情報処理装置を提供する。 【構成】 板状構造物１０２を変位させる静電駆動用電
極として、板状構造物１０２上に設けられている第１の
電極１０５と第１の電極１０５に対向して板状構造物を
支持している基板上に設けられている第２の電極１０４
とを有し、支持部材１０３のねじれの復元力を利用して
動作する板状構造物１０２上に設けられている導電性探
針１０１を、被観察物である導電性を持つ試料の表面に
接近させて走査を行う走査型トンネル顕微鏡であり、導
電性を持つ試料が、静電駆動用電極として、導電性試料
基板を備える第３の電極１０６を有し、第１ないし第３
の電極が、走査を行う面に垂直な方向で設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
や原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡ならびに該
顕微鏡を用いた加工装置および情報処理装置に関し、特
に測定性能に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の表面原子の電子構造を直
接測定できる走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと記
述する）がジー・ビーニッヒらによって開発（フェルベ
ティカフィジカアクタ．５５，７２６（１９８２））さ
れて以来、先端の尖った探針を走査することによって様
々な情報を得る走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと
記述する）装置や、さらにＳＰＭ装置を応用して基板に
電気的、化学的または物理的な作用を及ぼすことを目的
とする微細加工技術の研究開発が行われている。またこ
のような微細加工技術はメモリ技術にも応用されつつあ
る。これらの微細加工技術による加工精度は原子レベル
の大きさから数μｍ程度の大きさまで様々であるが、例
えば数ｎｍの構造物を１ビットとして情報を記録する場
合、試料媒体がほんの１ｃｍ角のものでも１０¹²ビット
オーダの記録密度を持つ情報処理装置を実現することが
できる。

【０００３】さらに、半導体加工技術やマイクロメカニ
クス技術によって、例えば薄膜で形成した梁の上に探針
を作製したコンパクトなＳＰＭ装置なども開発されてお
り、このような技術によって複数本のプローブを持つＳ
ＰＭ装置なども実現可能となってきた。またこのように
複数本のプローブを持つことによって、上述の情報処理
装置の性能についても、同時に複数本のプローブによっ
て情報の読み書きができることから、転送レートの向上
等の改善がみられている。

【０００４】初めに述べた探針の位置制御機構として
は、片持ち梁のような構造体の支持部とは反対側の先端
部に探針を置き、所定の駆動方法によって動かすものが
一般的である。探針の駆動方法としては、例えば梁を圧
電バイモルフ構造とする圧電型（ＵＳＰ４９０６８４
０）や、梁自体あるいは梁に形成された電極と基板上に
形成された電極とに電圧を印加することによって静電引
力を働かせて梁を変位させる静電型（ＥＰ０１９８９４
４）がある。静電型の駆動方法においては、電極同士が
静電力で引き合うことによって梁が撓み、探針が変位す
る。この方法における静電駆動機構は、梁上の可動電極
とそれに対向する固定電極（以下、対向電極と記述す
る）との間のクーロン引力によって梁を動かすために、
圧電型における圧電バイモルフなどのアクチュエータを
用いる駆動方法よりも構造が簡単であるという静電駆動
の特徴を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな片持ち梁構造は、梁自身の弾性を利用しているの
で、機械的な共振周波数の自由度がほとんどない。ＳＴ
Ｍ観察が可能な走査周波数や観察対象物の凹凸の度合い
等は、系の共振周波数によって決定されるといっても過
言ではない。梁自体が変位レバーとなっている従来の片
持ち梁構造のものでは、共振周波数の決定に梁自体の材
質（特に剛性や密度）、厚さ、長さなどの設計・製作段
階での大きな変更が必要である上、素子の小型化・集積
化にとっても非常に不利であった。

【０００６】そこでもう一つの構成として、板状構造物
（以下、レバーと記述する）上に探針を設けたものを支
持部材で支持し、その支持部材のねじれによる復元力を
用いて探針を変位させるもの（以下、トーション型と記
述する）が考えられる。この構成によれば、支持部材の
みの幅や厚さを変えることによって、共振周波数や復元
力等の機械的な特性をある程度自由に設定することが可
能になる。

【０００７】しかし、静電駆動の原理であるクーロン引
力による動作は、トーション型レバーの場合でも、可動
電極と対向電極の軸（Ｚ軸）について２つの電極が接近
する方向（以下、＋Ｚ方向と記述する）のみにしか動作
しないという問題がある。

【０００８】図１３は従来の静電駆動機構（片持ち梁構
造、トーション型構造など）の変位特性を示す図であ
り、一組の電極による静電駆動型変位特性を示してい
る。図１３に示すように、電圧をＺ軸の±両方向に印加
しても、変位方向は同一方向になってしまうことがわか
る。このため、トーション型構造の場合も従来からの片
持ち梁構造の場合も、対向電極に対して所定のバイアス
Ｖ_B を与えてレバーをある程度変位させた状態を基準と
して、（Ｖ_B ＋ΔＶ）ボルトの電圧を印加することによ
って、その位置を中心とする探針の±Ｚ方向の変位を得
ていた。この方法においても、構造本来の有するＺ軸の
自由度の内、片側方向（支持基板に引かれる方向）の自
由度のみしか利用することができないので、Ｚ軸方向の
変位量のダイナミックレンジを大きくすることが困難で
あるという欠点があった。また、レバー先端のＺ軸方向
の変位量は、レバー上の電極と対向電極とに印加する電
圧の２乗に比例するので、電圧に対して非線形に変化
し、制御性が悪いという欠点があった。

【０００９】これらの欠点は、例えば試料と探針間に流
れるトンネル電流を一定に保ちながらＳＴＭ観察を行う
とき、試料表面に深い凹状の領域や高い凸状の領域を有
する場合に梁の変位量が足りず正確な凹凸状態を観察す
ることが困難となったり、急峻な表面形状変化に探針を
追従させることが難しいので、装置の高速化の妨げの一
因となっていた。

【００１０】さらに加えて、レバー変位に伴う対向電極
とレバー上の電極との間の静電容量の変化量を凹凸に換
算する原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと記述する）によ
る測定の際には、特に静電容量の小さい領域（例えば、
深い凹状の領域）における変化量に対する分解能が低下
し正確な表面形状を得ることが難しかった。

【００１１】本発明は、上記従来技術が有する欠点に鑑
みてなされたものであり、測定のダイナミックレンジが
広く、また制御性を向上した走査型トンネル顕微鏡や原
子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡ならびに該顕微
鏡を用いた加工装置および情報処理装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、以下に示す構成を有する。

【００１３】（１）本発明の走査型トンネル顕微鏡は、
板状構造物を変位させる静電駆動用電極として、該板状
構造物上に設けられている第１の電極と該第１の電極に
対向して該板状構造物を支持している基板上に設けられ
ている第２の電極とを有し、支持部材のねじれの復元力
を利用して動作する該板状構造物上に設けられている導
電性探針を、被観察物である導電性を持つ試料の表面に
接近させて走査を行う走査型トンネル顕微鏡であり、前
記導電性を持つ試料が、前記静電駆動用電極として、導
電性試料基板を備える第３の電極を有し、該第１ないし
第３の電極が、前記走査を行う面に垂直な方向で設けら
れている。

【００１４】（２）本発明の原子間力顕微鏡は、板状構
造物の変位を測定する静電容量検出用電極として、該板
状構造物上に設けられている第１の電極と該第１の電極
に対向して該板状構造物を支持している基板上に設けら
れている第２の電極とを有し、支持部材のねじれの復元
力を利用して動作する該板状構造物上に設けられている
探針を、被観察物である導電性を持つ試料の表面または
導電性を持つ試料上にある絶縁物の表面に接触させて走
査を行う原子間力顕微鏡であり、前記導電性を持つ試料
が、前記静電容量検出用電極として、導電性試料基板を
備える第３の電極を有し、該第１ないし第３の電極が、
前記走査を行う面に垂直な方向で設けられている。

【００１５】（３）本発明の走査型トンネル顕微鏡は、
板状構造物を変位させる静電駆動用電極として、該板状
構造物上に設けられている第１の電極と該第１の電極に
対向して該板状構造物を支持している基板上に設けられ
ている第２の電極とを有し、支持部材のねじれの復元力
を利用して動作する該板状構造物上に設けられている導
電性探針を、被観察物である導電性を持つ試料の表面に
接近させて走査を行う走査型トンネル顕微鏡であり、前
記静電駆動用電極として、前記第１の電極を挟んで前記
第２の電極に対向している第３の電極を有し、該第２お
よび第３の電極が、該第１の電極の前記走査を行う面に
垂直な方向の両側にそれぞれ少なくとも１つ以上設けら
れている。

【００１６】（４）本発明の原子間力顕微鏡は、板状構
造物の変位を測定する静電容量検出用電極として、該板
状構造物上に設けられている第１の電極と該第１の電極
に対向して該板状構造物を支持している基板上に設けら
れている第２の電極とを有し、支持部材のねじれの復元
力を利用して動作する該板状構造物上に設けられている
探針を、被観察物である導電性を持つ試料の表面または
導電性を持つ試料上にある絶縁物の表面に接触させて走
査を行う原子間力顕微鏡であり、前記静電容量検出用電
極として、前記第１の電極を挟んで前記第２の電極に対
向している第３の電極を有し、該第２および第３の電極
が、該第１の電極の前記走査を行う面に垂直な方向の両
側にそれぞれ少なくとも１つ以上設けられている。

【００１７】（５）上記本発明の（１）ないし（４）の
走査型プローブ顕微鏡は、前記探針が設けられている前
記板状構造物を複数個有することができる。

【００１８】（６）本発明の走査型プローブ顕微鏡は、
上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の走査型
プローブ顕微鏡のうち、少なくとも２種類の走査型プロ
ーブ顕微鏡を一つの装置とする。

【００１９】（７）本発明の加工装置は、上記（１）な
いし（６）のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微
鏡を用いて、試料表面の加工を行う。

【００２０】（８）本発明の情報処理装置は、上記
（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の走査型プロ
ーブ顕微鏡を用いて、情報の記録、情報の再生、および
情報の消去を行う。

【００２１】

【作用】上記（１）の構成によれば、静電駆動用電極に
所定バイアスをあらかじめ印加することなく、板状構造
物の端に設けられている導電性探針を走査を行う面に垂
直な方向（Ｚ軸）の±両方向に変位させることができ
る。すなわち、第２の電極と第１の電極との間に電圧を
印加することによって＋Ｚ方向の変位を得ることがで
き、第３の電極と第１の電極との間に電圧を印加するこ
とによって−Ｚ方向の変位を得ることができる。

【００２２】上記（２）の構成によれば、板状構造物上
に設けられている探針の変位量に基づく静電容量の変化
を、第１の電極と、第１の電極を両側から挟むように配
置された第２の電極および第３の電極との間の、２つの
静電容量変化を用いて測定できる。このため、構造上一
方の静電容量が小さくなり探針の変位量に対応する電極
間距離の感度が悪くなっても、それと同時にもう片方の
静電容量が大きくなり電極間距離の感度が良くなるの
で、常に感度の良い方の静電容量を用いて探針の変位量
を求めることができ、感度の良いＡＦＭ信号を得ること
ができる。

【００２３】上記（３）の構成によれば、静電駆動用電
極に所定バイアスをあらかじめ印加することなく、板状
構造物の端に設けられている導電性探針を走査を行う面
に垂直な方向（Ｚ軸）の±両方向に変位させることがで
きる。すなわち、第２の電極と第１の電極との間に電圧
を印加することによって＋Ｚ方向の変位を得ることがで
き、第３の電極と第１の電極との間に電圧を印加するこ
とによって−Ｚ方向の変位を得ることができる。

【００２４】上記（４）の構成によれば、板状構造物上
に設けられている探針の変位量に基づく静電容量の変化
を、第１の電極と、第１の電極を両側から挟むように配
置された第２および第３の電極との間の、２つの静電容
量変化を用いて測定できる。このため、構造上一方の静
電容量が小さくなり探針の変位量に対応する電極間距離
の感度が悪くなっても、それと同時にもう片方の静電容
量が大きくなり電極間距離の感度が良くなるので、常に
感度の良い方の静電容量を用いて探針の変位量を求める
ことができ、感度の良いＡＦＭ信号を得ることができ
る。

【００２５】

【実施例】以下、実施例を示し本発明を具体的に説明す
る。

【００２６】実施例１ 実施例１では、本発明の静電駆動型ＳＴＭ装置につい
て、図１ないし図４を用いて説明する。

【００２７】図１は本発明の実施例１の静電駆動型ＳＴ
Ｍ装置の概略構成図であり、トーション型プローブユニ
ットの制御機構の概略を示している。図２は図１のプロ
ーブ部分の平面図である。

【００２８】図中、レバー１０２上の一方の端にはトン
ネル電流検出用の導電性の探針１０１が配置され、レバ
ー１０２の反対側には支持部材であるトーション型レバ
ー１０３を挟んで導電性薄膜で形成されたレバー上駆動
電極１０５が配置されている。レバー上駆動電極１０５
に対向する電極として、絶縁体である支持基板上に導電
性薄膜で形成された基板側固定電極１０４が配置されて
いる。また実施例１では、導電性の試料基板１０６も駆
動電極として用いられる。基板側固定電極１０４、レバ
ー上駆動電極１０５、および試料基板１０６にはそれぞ
れ、基板側固定電極印加電圧信号線２０２、レバー上駆
動電極印加電圧信号線２０３、および試料基板印加電圧
信号線２０４を介して、駆動電圧制御回路１０９によっ
てコントロールされた電圧が印加されている。電流電圧
変換回路（以下、Ｉ−Ｖ変換回路と記述する）１０７
は、探針１０１によって検出されてトンネル電流信号線
２０１を介して入力されたトンネル電流を電圧信号に変
換する。Ｚ方向位置制御回路１０８はＺ方向の位置を制
御し、データ等生成回路１１０は画像や情報を得るため
のデータを生成する。

【００２９】図１の構成におけるＳＴＭ測定動作につい
て説明する。探針１０１には、測定バイアス印加回路
（不図示）によって試料基板１０６に対して所定量の測
定バイアスが印加されている。探針１０１と試料基板１
０６との間が接近回路（不図示）によって接近させら
れ、ある距離以内になるとトンネル電流が両者の間に流
れ始める。このトンネル電流信号はＩ−Ｖ変換回路１０
７によって電圧信号に変換されるとＺ方向位置制御回路
１０８に送られる。このトンネル電流データは探針１０
１と試料基板１０６との距離制御に用いられる。実施例
１では、トンネル電流が一定になるように駆動電圧制御
回路１０９からの印加電圧を制御してＳＴＭ観察を行
う。これを以下トンネル電流一定制御と呼ぶ。Ｚ方向位
置制御回路１０８はトンネル電流が所定の値になるよう
に駆動電圧制御回路１０９に制御電圧データを送り、駆
動電圧制御回路１０９はその値からそれぞれの駆動電極
１０４ないし１０６に印加する電圧を算出し、それぞれ
の信号線２０２ないし２０４を介して印加する。このよ
うな手続きによってフィードバックループが構成され、
トンネル電流一定制御が実現される。

【００３０】次に、表面観察像を得るために試料基板１
０６と探針１０１とを試料基板面と平行な方向に相対移
動させる。これを以下ＸＹ走査と呼ぶ。なお、この移動
機構については図示していない。このＸＹ走査によって
得られたトンネル電流信号は上記トンネル電流一定制御
の場合と同様に、Ｚ方向位置制御回路１０８にも送られ
るが、同時にデータ等生成回路１１０にも送られる。こ
のようにして、ＸＹ走査によって得られたトンネル電流
信号（カレント信号）またはそのトンネル電流信号によ
る制御信号（トポグラフィック信号）は、ＣＲＴ等のモ
ニタ（不図示）上のＸ−Ｙ座標に対応する位置に、それ
らの信号の大きさに応じて輝度や色信号などによって出
力されることで試料表面を画像として観察することがで
きるようになっている。

【００３１】各々の電極の働きについて説明する。探針
１０１と試料基板１０６との間のトンネル電流値がある
所定の電流値よりも小さくなる、すなわち両者が遠すぎ
る場合には、駆動電圧制御回路１０９から基板側固定電
極１０４とレバー上駆動電極１０５との間に電圧が印加
される。するとレバー１０２はシーソーの仕組みによっ
てトーション型レバー１０３を中心として回転し、探針
１０１は試料基板１０６と近づくことになる。また、探
針１０１と試料基板１０６との間のトンネル電流値が所
定電流値よりも大きくなる、すなわち両者が近すぎる場
合には、駆動電圧制御回路１０９からレバー上駆動電極
１０５と試料基板１０６の間に電圧が印加される。これ
によって探針１０１と試料基板１０６とは離れることに
なる。

【００３２】図３は図１の駆動電圧制御回路の一部とし
ての電極のバイアス回路の概略構成図である。実施例１
ではこの回路構成を用いて基板側固定電極１０４および
レバー上駆動電極１０５のバイアス制御を行う。この回
路構成では、バイアスＶを＋側にかけるとレバー上駆動
電極１０５と試料基板１０６間に電界が生じ、バイアス
Ｖを−側にかけると基板側固定電極１０４とレバー上駆
動電極１０５との間に電界が生じるようになっている。

【００３３】図４は実施例１の静電駆動機構の変位特性
を示す図である。図１３の従来の変位特性に示したよう
な駆動電極が支持基板上に１枚のみ設けられている機構
によってバイアスを印加する場合と比較すると、探針の
可動範囲が２倍に増えていることがわかる。

【００３４】またＺ方向位置制御回路１０８による制御
電圧の算出方法は、デジタルによるＰＩＤ制御手段（不
図示）を用いて行う。具体的には、トンネル電流信号か
らＩ−Ｖ変換回路１０７によって検出された電圧信号を
デジタル値に変換し、デジタル演算回路によってＰＩＤ
制御手段の制御出力を算出する。ＰＩＤ制御手段の各ゲ
インを適当に調整することによって、トンネル電流によ
るフィードバック制御を安定に維持することができる。

【００３５】実際に抵抗加熱によるＡｕの蒸着によって
成膜した薄膜表面を、支持基板上のみに駆動電極がある
トーション型機構（最大変位＋２μｍ）による観察と実
施例１の機構（最大変位±２μｍ）による観察とで比較
する。この試料の凹凸は基板全体で数μｍ程度であると
考えられる。従来の支持基板上のみに駆動電極を有する
トーション型機構ではダイナミックレンジが小さく、試
料の凹みが大きい部分では探針がその凹みの底まで届か
ないのでトンネル電流が全く測定できない領域が見ら
れ、反対に凸状態の大きいところでは探針が持ち上がら
ずに試料表面に接触してトンネル電流の飽和してしまう
領域が各所に見られる。しかし、実施例１で用いた観察
装置ではほぼ１００％表面を追従しており、トンネル電
流の飽和や電流ゼロの領域は測定されない。

【００３６】ここでそれぞれの距離の設定について述べ
ておく。素子を作製する際に決定しなければならないの
は基板側固定電極１０４とレバー上駆動電極１０５との
間の距離である。レバー上駆動電極１０５と試料基板１
０６との間の距離は正確には決定できない。実施例１で
は探針１０１の高さをレバー上駆動電極１０５と試料基
板１０６との間の距離と考えて５μｍとし、基板側固定
電極１０４とレバー上駆動電極１０５との距離はそれと
等しい距離に設定する。これによって基板側固定電極１
０４とレバー上駆動電極１０５との間の静電容量と、レ
バー上駆動電極１０５と試料基板１０６との間の静電容
量とはほぼ等しくなると推測される。しかしながら、厳
密にはレバー上駆動電極１０５と試料基板１０６との距
離はわからないので、実際のＺ方向位置制御は＋Ｚ方向
の変位と−Ｚ方向の変位とでそのフィードバックパラメ
ータを変えることが必要である。実施例１では基板側固
定電極１０４とレバー上駆動電極１０５との間にバイア
スを印加する場合はゲインおよびパラメータは固定し、
レバー上駆動電極１０５と試料基板１０６との間にバイ
アスを印加する場合は、探針１０１の位置変化に対する
トンネル電流値の変化をモニタする方法でゲインを調整
する機構をつけて対応する。

【００３７】なお、実施例１で用いたそれぞれの回路は
一例として示したものであってこれに限定されるもので
はなく、全体をアナログで制御することも可能である
し、デジタル演算によってそれぞれの電極に印加する電
圧を算出してデジタル−アナログ変換によって電圧を印
加する方法も考えられる。その方法によれば、３つの電
極にそれぞれ異なる電圧を印加して静電力の釣り合い状
態を作り出して制御することも可能である。

【００３８】実施例２ 実施例２では、本発明の静電容量検出型ＡＦＭ装置につ
いて図５を用いて説明する。

【００３９】図５は本発明の実施例２の静電容量検出型
ＡＦＭ装置の概略構成図であり、装置と試料基板とを模
式的に示した概念図である。５０１ないし５０６、およ
び５１０は図１に示す１０１ないし１０６、および１１
０に対応する。ここで一つ異なる点として探針１０１は
導電性であるが、探針５０１はＡＦＭのプローブである
ので導電性である必要はない。

【００４０】試料基板５０６の表面観察は静電容量検出
回路５０９で行う。探針５０１と試料基板５０６とが一
定の弱い圧力で接した状態で、探針５０１と試料基板５
０６との距離が変化しないように距離（Ｚ方向）制御機
構（不図示）によって固定し、探針５０１を試料基板５
０６表面に対して平行にＸＹ走査する。この時、探針５
０１は試料基板５０６表面の凹凸に従ってＺ方向に上下
するので、基板側固定電極５０４とレバー上駆動電極５
０５との間、および試料基板５０６とレバー上駆動電極
５０５との間に発生する静電容量が変化し、その静電容
量を静電容量検出回路５０９で検出する。この探針５０
１の変位によって生ずるトーション型レバー５０３の動
きに伴う電極間距離の静電容量の変化を上述のＸＹ走査
を行った位置に合わせてプロットすることによって、試
料の表面形状とする。

【００４１】ここで実際に実施例１で用いた蒸着Ａｕ薄
膜試料を用いてＡＦＭ観察を行う。静電容量は電極間距
離の逆数に比例した形で決まっているので、距離が離れ
るほど距離検出感度が落ちてしまう。このため、基板側
固定電極５０４とレバー上駆動電極５０５との間、およ
び試料基板５０６とレバー上駆動電極５０５との間の静
電容量を独立して測定し、静電容量の大きい方を選ん
で、その変化量をＺ軸方向の変位量に随時換算すること
によって観察する。その結果、一組の駆動電極のみを有
する（試料基板５０６を有しない）装置と比較して非常
に高い分解能を確保することが可能となる。

【００４２】ここで実施例１と同様に各電極間距離につ
いて述べておく。変位させない状態の基板側固定電極５
０４とレバー上駆動電極５０５との距離は素子作製段階
で決定できるが、レバー上駆動電極５０５と試料基板５
０６との正確な距離はわからない。このため、レバー上
駆動電極５０５と試料基板５０６との間の静電容量検出
については、検出した静電容量値に、静電容量の大きさ
に応じたゲインをかけて基板側固定電極５０４とレバー
上駆動電極５０５との間の静電容量と比較するような機
構とする。この静電容量の大きさはまた、レバー上駆動
電極５０５と試料基板５０６との大まかな距離も表わし
ているので、これをモニタすることによって試料基板５
０６とレバーの支持基板との接触等も検出できる。ま
た、試料基板５０６表面の凹凸が静電容量検出に与える
影響は、ＸＹ走査領域（数μｍ² ）がレバー上駆動電極
５０５の試料基板５０６に対向する面積（数１０⁴ μｍ
² ）よりも非常に小さいためにほとんどない。

【００４３】実施例３ 実施例３では、探針が設けられた板状構造物（レバー）
を複数個有するマルチＳＴＭ装置について図６を用いて
説明する。

【００４４】図６は、本発明の実施例３の静電駆動型マ
ルチＳＴＭ装置の概略構成図であり、（ａ）は平面図で
あり、（ｂ）は断面図である。図６の構成は、基本的に
は実施例１で示したＳＴＭプローブ構成（図２参照）を
同一基板上に３つ形成している。基板としてはシリコン
ウェハを用い、半導体プロセス技術で作製することによ
って、容易に、かつばらつきなく複数個のＳＴＭプロー
ブ構成を形成することが可能である。また並べ方も、直
線状以外にもマトリクス状など２次元配列することが容
易である。実施例３においては、それぞれのトーション
型レバーが独立して駆動することが可能であり、このた
め同時に複数のＳＴＭ観察が可能となる。

【００４５】実施例４ 実施例４では、実施例１で説明した本発明の静電駆動型
ＳＴＭ装置をＳＴＭ／ＡＦＭ複合装置として使用する場
合について、図１に示した装置構成を用いて説明する。

【００４６】ただし、ここで駆動電圧制御回路１０９は
トーション型レバー駆動機能と静電容量検出機能を併有
するユニットとする。また、レバー上の探針１０１は実
施例１と同様に導電性のものを用いる。このような装置
は、実施例１に示した測定法によってＳＴＭ装置とし
て、また実施例２に示した測定法によってＡＦＭ装置と
して使用することが可能である。すなわち、ＳＴＭ測定
またはＡＦＭ測定を行った同一試料の同一領域を、ＳＴ
ＭモードおよびＡＦＭモードで観察することによって、
表面形状と導電性分布との両方の情報を混同することな
く調べることが可能である。さらに実施例３のマルチＳ
ＴＭ装置構成についても同様に、ＳＴＭ／ＡＦＭ複合装
置として用いることが可能である。

【００４７】実施例５ 実施例５では、実施例１で示した静電駆動型ＳＴＭ装置
（図１参照）と試料として金（Ａｕ）を表面に堆積した
シリコンウェハとを真空排気したチャンバ内に設置し、
チャンバ内の真空度が約１×１０^-4Ｔｏｒｒとなるよう
に６フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを導入する。こ
の状態で試料表面のＳＴＭ観察を行うと、探針走査部分
に対応してタングステンが試料（Ａｕ）表面に堆積す
る。このようなＳＴＭ装置構成による試料表面への選択
堆積あるいはエッチングなどの加工においても、実施例
５の装置はＺ軸方向の変位量が大きいので、より深いエ
ッチングや厚い堆積が可能となり有効である。

【００４８】実施例６ 実施例６では実施例３で示した複数のプローブを持つマ
ルチＳＴＭ装置を用いて、試料としての記録媒体に電気
的な加工を施すことによって記録ビットの書き込みを行
い、書き込んだ記録ビットを用いて情報の記録再生消去
を行う例を示す。

【００４９】記録媒体としては特開昭６３−１６１５５
２号公報および特開昭６３−１６１５５３号公報に開示
されている記録媒体であるＡｕ電極上に積層されたＳＯ
ＡＺ−ラングミュアープロジェット（ＬＢ）膜（２層
膜）を用いる。Ａｕ電極には実施例１で用いた抵抗加熱
によるＡｕの蒸着膜を用いる。この記録媒体に、レバー
上の探針を用いて波高値−６Ｖおよび＋１．５Ｖの連続
したパルス電圧を重畳したバイアスを探針と記録媒体と
の間に印加することで電気的な情報の書き込みを行う。
さらにその書き込んだ情報を読み出すために、ＳＴＭ装
置と同様の走査方法によってトンネル電流を測定し、得
られるトンネル電流信号から電気的加工によって書き込
んだビット信号を抽出し、抽出したビット信号から書き
込み情報の再生を行う。再生した情報は、トンネル電流
信号の飽和や不検出状態等が起こらず、情報の欠落等も
発生せず、書き込んだ情報は１００％再生できる。

【００５０】また、一度書き込んだ情報の一連の部分に
上述のバイアスと逆の大きさのパルス電圧を重畳したバ
イアスを探針と記録媒体との間に印加する。その後の走
査によって一連のビットを形成する部分すべてについて
トンネル電流を測定して、ビットがない場合の大きさに
戻っている、すなわち消去されていることを確認する。
このようにして、消去に対しても安定に探針制御ができ
ていることが確認できる。

【００５１】以上は実施例１で用いたＳＴＭ装置での記
録再生について述べたが、ＡＦＭ装置およびＳＴＭ／Ａ
ＦＭ複合装置についても同様に記録再生が可能である。

【００５２】ＡＦＭ装置においては、探針によって記録
媒体表面を物理的に加工する（探針で穴をあける等）こ
とによって記録し、その構造変化を情報として用いるこ
とができる。

【００５３】また、ＳＴＭ／ＡＦＭ複合装置において
は、ＳＴＭ装置の場合と同様に、探針を用いてバイアス
を探針と記録媒体との間に印加する方法によって情報を
書き込み、ＡＦＭ機構を用いて探針と記録媒体との距離
を一定に保ちながら測定されるトンネル電流の変化から
情報を読み取る方法によって情報を再生し、記録再生を
実現している。消去についても、ＳＴＭ装置を用いた場
合と同一の方法によって実現できることが確認されてい
る。

【００５４】実施例７ 実施例７では、本発明の静電駆動型ＳＴＭ装置につい
て、図７ないし１０を用いて説明する。

【００５５】図７は本発明の実施例７の静電駆動型ＳＴ
Ｍ装置の概略構成図であり、レバー機構の断面図と制御
回路の概略を示している。図８は図７のプローブ部分の
平面図であり、トーション型プローブユニットを試料側
から見た図である。図７においては、図８における電極
の位置関係が確認できる。

【００５６】図中、レバー７０２上の一方の端にはトン
ネル電流検出用の導電性の探針７０１が配置され、レバ
ー７０２の反対側には支持部材であるトーション型レバ
ー７０３を挟んで導電性薄膜で形成されたレバー上駆動
電極７０５が配置されている。レバー上駆動電極７０５
に対向する電極として、絶縁体である支持基板７１３上
に導電性薄膜で形成された基板側固定電極７０４が配置
されている。基板側固定電極７０４のレバー上駆動電極
７０５を挟んで反対側には、実施例７において特徴的な
第３の電極である高剛性導電性薄膜によって形成された
反基板側固定電極７１１が配置されている。探針７０１
によって検出されたトンネル電流は、トンネル電流信号
線８０１を介してトンネル電流検出回路７０９に入力さ
れる。また、基板側固定電極７０４、レバー上駆動電極
７０５、および反基板側固定電極７１１にはそれぞれ、
基板側固定電極印加電圧信号線８０２、レバー上駆動電
極印加電圧信号線８０３、および反基板側固定電極印加
電圧信号線８０４を介して、Ｚ方向位置制御回路７０８
からバイアス電流が印加されている。絶縁スペーサ７１
２は反基板側固定電極７１１を支持する部材でレバー上
駆動電極７０５と反基板側固定電極７１１との間隔設定
層としても働いている。なお、実施例７では３つの電極
について、レバー上駆動電極７０５と基板側固定電極７
０４との間の静電容量と、レバー上駆動電極７０５と反
基板側固定電極７１１との間の静電容量とが等しいよう
に配置する。

【００５７】観察する試料７０６は、実施例７ではグラ
ンド（接地点）にバイアスされている。トンネル電流検
出回路７０９は探針７０１に測定電圧を印加し、探針７
０１と試料７０６表面との間に流れるトンネル電流の大
きさを測定する。その大きさの情報はＺ方向位置制御回
路７０８に伝えられ、Ｚ方向位置制御回路７０８はトン
ネル電流の大きさの情報を受けて、それぞれの駆動電極
に印加する電圧を生成する。

【００５８】図７の構成におけるＳＴＭ観察方法を説明
する。探針７０１と試料７０６の表面との間に測定バイ
アスを印加し、両者の間にトンネル電流が測定される距
離までユニット全体を試料基板に接近させる。なお、接
近させる機構については図示していない。実施例７では
トンネル電流が一定になるように探針７０１と試料７０
６との間の距離を制御する場合（電流一定モード）につ
いて説明する。上述の接近によってトンネル電流検出回
路７０９が検出するトンネル電流値が目標とする電流値
よりも小さい場合には、基板側電極７０４とレバー上駆
動電極７０５との間に電圧を印加し、両電極を近づける
ように動かす。反対にトンネル電流が目標とする電流値
よりも大きい場合には、反基板側固定電極７１１とレバ
ー上駆動電極７０５との間に電圧を印加し、両電極を近
づけるように動かす。

【００５９】図９は図７の駆動電圧印加回路の一部とし
ての電極のバイアス印加回路の概略構成図である。実施
例７ではこの回路構成を用いて３つの電極７０４、７０
５、および７１１のバイアス制御を行う。図中の点線よ
りも左側が図７に示す構成のＺ方向位置制御回路７０８
の中にあることを示している。この回路構成では、制御
電圧（バイアス）Ｖはレバー上駆動電極７０５のバイア
スを変化させることによって３つの電極７０４、７０
５、および７１１の間の電圧を調整している。バイアス
Ｖを＋側にかけると基板側固定電極７０４とレバー上駆
動電極７０５との間に電界が生じ、バイアスＶを−側に
かけると反基板側固定電極７１１とレバー上駆動電極７
０５との間に電界が生じるようになっている。

【００６０】図１０は実施例７の静電駆動機構の変位特
性を示す図である。図１３の従来の変位特性に示したよ
うな駆動電極が支持基板上に１枚のみ設けられている機
構によってバイアスを印加する場合の従来の特性と比較
すると、探針の可動範囲が２倍に増えていることがわか
る。

【００６１】またＺ方向位置制御回路７０８による制御
電圧の算出方法は、デジタルによるＰＩＤ制御手段（不
図示）を用いて行う。トンネル電流検出回路７０９によ
って検出されたトンネル電流をデジタル値に変換し、デ
ジタル演算回路によってＰＩＤ制御手段の制御出力を算
出する。ＰＩＤ制御手段の各ゲインを適当に調整するこ
とによって、トンネル電流によるフィードバック制御を
安定に維持することができる。

【００６２】このようにフィードバックが働いていると
きに、探針７０１と試料７０６とを試料面と平行な方向
（Ｘ、Ｙ方向）に走査する。なお、走査する機構につい
ては図示していない。走査しながら得られたトンネル電
流信号、またはそのトンネル電流信号による制御信号の
大きさをＣＲＴ等のモニタ（不図示）上のＸ−Ｙ座標に
対応する位置に輝度や色信号などによって出力すること
で試料表面を画像として観察することができるようにな
っている。

【００６３】実際に抵抗加熱によるＡｕの蒸着によって
成膜した薄膜表面を、支持基板上のみに駆動電極がある
トーション型機構（最大変位＋２μｍ）による観察と実
施例７の機構（最大変位±２μｍ）による観察とで比較
する。この試料の凹凸は基板全体で数μｍ程度であると
考えられる。従来の支持基板上のみに駆動電極を有する
トーション型機構ではダイナミックレンジが小さく、試
料の凹みが大きい部分では探針がその凹みの底まで届か
ないのでトンネル電流が全く測定できない領域が見ら
れ、反対に凸状態の大きいところでは探針が持ち上がら
ずに試料表面に接触してトンネル電流の飽和してしまう
領域が各所に見られる。しかし、実施例７で用いた観察
装置ではほぼ１００％表面を追従しており、トンネル電
流の飽和や電流ゼロの領域は測定されない。

【００６４】なお、実施例７で用いたそれぞれの回路は
一例として示したものであってこれに限定されるもので
はなく、全体をアナログで制御することも可能である
し、デジタル演算によってそれぞれの電極に印加する電
圧を算出してデジタル−アナログ変換によって印加する
方法も考えられる。その方法によれば、駆動に用いる３
つの電極にそれぞれ異なる電圧を印加して静電力の釣り
合い状態を作り出して制御することも可能である。

【００６５】実施例８ 実施例８では、本発明の静電容量検出型ＡＦＭ装置につ
いて図１１を用いて説明する。

【００６６】図１１は本発明の実施例８の静電容量検出
型ＡＦＭ装置の概略構成図であり、装置と試料とを模式
的に示した概念図である。１１０１ないし１１０５およ
び１１１１ないし１１１３は図７に示す７０１ないし７
０５および７１１ないし７１３に対応する。ここで一つ
異なる点としてレバー７０２は導電性であるが、レバー
１１０２はＡＦＭのプローブであるので導電性である必
要はない。

【００６７】試料１１０６の表面観察は静電容量検出回
路１１０９で行う。試料１１０６と探針１１０１とが一
定の弱い圧力で接した状態で、試料１１０６と支持基板
１１１３との距離が変化しないように距離（Ｚ方向）制
御機構（不図示）によって固定し、支持基板１１１３を
試料１１０６表面に対して平行にＸＹ走査する。この
時、探針１１０１は試料１１０６表面の凹凸に従ってＺ
方向に上下するので、基板側固定電極１１０４とレバー
上駆動電極１１０５との間、および反基板側固定電極１
１１１とレバー上駆動電極１１０５との間に発生する静
電容量が変化し、その静電容量を静電容量検出回路１１
０９で検出する。この探針１１０１の変位によって生ず
るトーション型レバー１１０３の動きに伴う電極間距離
の静電容量の変化を上述のＸＹ走査を行った位置に合わ
せてプロットすることによって、試料の表面形状とす
る。

【００６８】ここで実際に実施例７で用いた蒸着Ａｕ薄
膜試料を用いてＡＦＭ観察を行う。静電容量は電極間距
離の逆数に比例した形で決まっているので、距離が離れ
るほど距離検出感度が落ちてしまう。このため、基板側
固定電極１１０４とレバー上駆動電極１１０５との間、
および反基板側固定電極１１１１とレバー上駆動電極１
１０５との間の静電容量を独立して測定し、静電容量の
大きい方を選んで、その変化量をＺ軸方向の変位量に随
時換算することによって観察する。その結果、一組の駆
動電極のみを有する（反基板側固定電極１１１１を有し
ない）装置と比較して非常に高い分解能を確保すること
が可能となる。

【００６９】実施例９ 実施例９では、探針が設けられた板状構造物（レバー）
を複数個有するマルチＳＴＭ装置について図１２を用い
て説明する。

【００７０】図１２は本発明の実施例９の静電駆動型マ
ルチＳＴＭ装置の概略構成図であり、（ａ）は平面図で
あり、（ｂ）は断面図である。図１２の構成は、基本的
には実施例７で示したＳＴＭプローブ構成（図８参照）
を同一基板上に３つ形成している。基板としてはシリコ
ンウェハを用い、半導体プロセス技術で作製することに
よって、容易に、かつばらつきなく複数個のＳＴＭプロ
ーブ構成を形成することが可能である。また並べ方も、
直線状以外にもマトリクス状など２次元配列することが
容易である。実施例９においては、それぞれのトーショ
ン型レバーが独立して駆動することが可能であり、この
ため同時に複数のＳＴＭ観察が可能となる。

【００７１】実施例１０ 実施例１０では、実施例７で説明した本発明の静電駆動
型ＳＴＭ装置をＳＴＭ／ＡＦＭ複合装置として使用する
場合について、図７に示した装置構成を用いて説明す
る。

【００７２】ただし、ここでＺ方向位置制御回路７０８
はトーション型レバー駆動機能と静電容量検出機能を併
有するユニットとする。また、レバー上の探針７０１は
実施例７と同様に導電性のものを用いる。このような装
置は、実施例７に示した測定法によってＳＴＭ装置とし
て、また実施例８に示した測定法によってＡＦＭ装置と
して使用することが可能である。すなわち、ＳＴＭ測定
またはＡＦＭ測定を行った同一試料の同一領域を、ＳＴ
ＭモードおよびＡＦＭモードで観察することによって、
表面形状と導電性分布との両方の情報を混同することな
く調べることが可能である。さらに実施例９のマルチＳ
ＴＭ装置の構成についても同様に、ＳＴＭ／ＡＦＭ複合
装置として用いることが可能である。

【００７３】実施例１１ 実施例１１では、実施例７で示した静電駆動型ＳＴＭ装
置（図７参照）と試料として金（Ａｕ）を表面に堆積し
たシリコンウェハとを真空排気したチャンバ内に設置
し、チャンバ内の真空度が約１×１０^-4Ｔｏｒｒとなる
ように６フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを導入す
る。この状態で試料表面のＳＴＭ観察を行うと、探針走
査部分に対応してタングステンが試料（Ａｕ）表面に堆
積する。このようなＳＴＭ構成による試料表面への選択
堆積あるいはエッチングなどの加工においても、実施例
１１の装置はＺ軸方向の変位量が大きいので、より深い
エッチングや厚い堆積が可能となり有効である。

【００７４】実施例１２ 実施例１２では実施例９で示した複数のプローブを持つ
マルチＳＴＭ装置を用いて、試料としての記録媒体に電
気的な加工を施すことによって記録ビットの書き込みを
行い、書き込んだ記録ビットを用いて情報の記録再生消
去を行う例を示す。

【００７５】記録媒体としては特開昭６３−１６１５５
２号公報および特開昭６３−１６１５５３号公報に開示
されている記録媒体であるＡｕ電極上に積層されたＳＯ
ＡＺ−ラングミュアープロジェット（ＬＢ）膜（２層
膜）を用いる。Ａｕ電極には実施例７で用いた抵抗加熱
によるＡｕの蒸着膜を用いる。この記録媒体に、レバー
上の探針を用いて波高値−６Ｖおよび＋１．５Ｖの連続
したパルス電圧を重畳したバイアスを探針と記録媒体と
の間に印加することで電気的な情報の書き込みを行う。
さらにその書き込んだ情報を読み出すために、ＳＴＭ装
置と同様な走査方法によってトンネル電流を測定し、得
られるトンネル電流信号から電気的加工によって書き込
んだビット信号を抽出し、抽出したビット信号から書き
込み情報の再生を行う。再生した情報は、トンネル電流
信号の飽和や不検出状態等が起こらず、情報の欠落等も
発生せず、書き込んだ情報は１００％再生できる。

【００７６】また、一度書き込んだ情報の一連の部分に
上述のバイアスと逆の大きさのパルス電圧を重畳したバ
イアスを探針と記録媒体との間に印加する。その後の走
査によって一連のビットを形成する部分すべてについて
トンネル電流を測定して、ビットがない場合の大きさに
戻っている、すなわち消去されていることを確認する。
このようにして、消去に対しても安定に探針制御ができ
ていることが確認できる。

【００７７】以上は実施例７で用いたＳＴＭ装置での記
録再生について述べたが、ＡＦＭ装置およびＳＴＭ／Ａ
ＦＭ複合装置についても同様に記録再生が可能である。

【００７８】ＡＦＭ装置においては、探針によって記録
媒体表面を物理的に加工する（探針で穴をあける等）こ
とによって記録し、その構造変化を情報として用いるこ
とができる。

【００７９】また、ＳＴＭ／ＡＦＭ複合装置において
は、ＳＴＭ装置の場合と同様に探針を用いてバイアスを
探針と記録媒体との間に印加する方法によって情報を書
き込み、ＡＦＭ機構を用いて探針と記録媒体との距離を
一定に保ちながら測定されるトンネル電流の変化から情
報を読み取る方法によって情報を再生し、記録再生を実
現している。消去についてもＳＴＭ装置を用いた場合と
同一の方法によって実現できることが確認されている。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下の効
果を奏する。

【００８１】（１）本発明の走査型トンネル顕微鏡（静
電駆動型ＳＴＭ装置）は、板状構造物（トーション型レ
バー）のＺ軸方向の変位を板状構造物の復元力の中心か
らＺ軸の±両方向に設定することによって、測定のダイ
ナミックレンジが広がり、より正確な第３の電極（試料
基板）表面の凹凸状態を観察することができる。

【００８２】また、板状構造物のＺ軸の±両方向から第
１の電極を挟むように設けられている第２および第３の
電極に同時に電圧を印加することによって、探針の位置
制御性を向上することができ、より急峻な試料表面の形
状変化にも探針を追従させることができるので、より高
速かつ信頼性の高い試料表面の観察が可能となる。

【００８３】さらに、板状構造物のＺ軸の±両方向のう
ちどちらか一方の駆動電極である第３の電極として導電
性のある試料基板を用いることによって、制御回路のみ
を変えるだけで良く、駆動電極は従来のものと同様に一
組の第１および第２の電極を使用することができ、装置
の作製行程が簡単である。

【００８４】（２）本発明の原子間力顕微鏡（静電容量
検出型ＡＦＭ装置）は、板状構造物のＺ軸の±両方向か
ら第１の電極を挟むように設けられている第２および第
３の電極と、第１の電極との静電容量を独立して検出す
ることによって、静電容量の大きい方の変化量をＺ軸方
向の変位量に換算して試料表面の凹凸形状を観察するこ
とができ、従来の装置構成よりも高い分解能を得ること
が可能となる。

【００８５】また、板状構造物のＺ軸の±両方向のうち
どちらか一方の駆動電極である第３の電極として導電性
のある試料基板を用いることによって、制御回路のみを
変えるだけで良く、駆動電極は従来のものと同様に一組
の第１および第２の電極を使用することができ、装置の
作製行程が簡単である。

【００８６】さらに、第１の電極と第３の電極との間の
静電容量を検出して第１の電極と第３の電極との間の大
まかな距離も推定することによって、第１の電極が設け
られている板状構造物と第３の電極との衝突を防止する
ことができる。

【００８７】（３）本発明の走査型トンネル顕微鏡（静
電駆動型ＳＴＭ装置）は、板状構造物（トーション型レ
バー）のＺ軸方向の変位を板状構造物の復元力の中心か
らＺ軸の±両方向に設定することによって、測定のダイ
ナミックレンジが広がり、より正確な試料表面の凹凸状
態を観察することができる。

【００８８】また、板状構造物のＺ軸の±両方向から第
１の電極を挟むように設けられている第２および第３の
電極に同時に電圧を印加することによって、探針の位置
制御性を向上することができ、より急峻な試料表面の形
状変化にも探針を追従させることができるので、より高
速かつ信頼性の高い試料表面の観察が可能となる。

【００８９】（４）本発明の原子間力顕微鏡（静電容量
検出型ＡＦＭ装置）は、板状構造物のＺ軸の±両方向か
ら第１の電極を挟むように設けられている第２および第
３の電極と、第１の電極との静電容量を独立して検出す
ることによって、静電容量の大きい方の変化量をＺ軸方
向の変位量に換算して試料表面の凹凸形状を観察するこ
とができ、従来の装置構成よりも高い分解能を得ること
が可能となる。

【００９０】また、第１の電極と第３の電極との間の静
電容量を検出して第１の電極と第３の電極との間の大ま
かな距離も推定することによって、第１の電極が設けら
れている板状構造物と第３の電極との衝突を防止するこ
とができる。

【００９１】（５）上記本発明の走査型プローブ顕微鏡
は、探針を有する板状構造物（トーション型レバー）を
複数個備え、それぞれの板状構造物を独立して駆動する
ことによって、同時に複数の観察が可能となる。

【００９２】（６）本発明の走査型プローブ顕微鏡は、
装置の小型化、集積化が容易になり、また、ＳＴＭ測定
またはＡＦＭ測定を行った同一試料の同一領域をＳＴＭ
モードおよびＡＦＭモードで観察することによって、表
面形状と導電性分布との両方の情報を混同することなく
調べることが可能となる。このため、簡便かつ高性能な
装置が実現できる。

【００９３】（７）本発明の加工装置は、Ｚ軸方向の変
位量が大きいので、より深いエッチングや厚い堆積が可
能となる。

【００９４】（８）本発明の情報処理装置は、試料（記
録媒体）に電気的な加工を施して記録ビットの書き込み
を行い、書き込んだ記録ビットを用いて情報の記録、再
生、および消去を行うことによって、書き込んだ情報を
１００％再生することが可能となり、消去も確実に行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の静電駆動型ＳＴＭ装置の概
略構成図

【図２】図１のプローブ部分の平面図

【図３】図１の駆動電圧制御回路の一部としての電極の
バイアス回路の概略構成図

【図４】実施例１の静電駆動機構の変位特性を示す図

【図５】本発明の実施例２の静電容量検出型ＡＦＭ装置
の概略構成図

【図６】本発明の実施例３の静電駆動型マルチＳＴＭ装
置の概略構成図

【図７】本発明の実施例７の静電駆動型ＳＴＭ装置の概
略構成図

【図８】図７のプローブ部分の平面図

【図９】図７の駆動電圧印加回路の一部としての電極の
バイアス印加回路の概略構成図

【図１０】実施例７の静電駆動機構の変位特性を示す図

【図１１】本発明の実施例８の静電容量検出型ＡＦＭ装
置の概略構成図

【図１２】本発明の実施例９の静電駆動型マルチＳＴＭ
装置の概略構成図

【図１３】従来の静電駆動機構（片持ち梁、トーション
型など）の変位特性を示す図

【符号の説明】

１０１、５０１、７０１、１１０１ 探針 １０２、５０２、７０２、１１０２ レバー １０３、５０３、７０３、１１０３ トーション型レ
バー（左右対） １０４、５０４、７０４、１１０４ 基板側固定電極 １０５、５０５、７０５、１１０５ レバー上駆動電
極 １０６、５０６ 試料基板（導電性） １０７ 電流電圧変換回路 １０８、７０８ Ｚ方向位置制御回路 １０９ 駆動電圧制御回路 １１０、５１０ データ等生成回路 ２０１、８０１ トンネル電流信号線 ２０２、８０２ 基板側固定電極印加電圧信号線 ２０３、８０３ レバー上駆動電極印加電圧信号線 ２０４ 試料基板印加電圧信号線 ５０９、１１０９ 静電容量検出回路 ７０６、１１０６ 試料 ７０９ トンネル電流検出回路 ７１１、１１１１ 反基板側固定電極 ７１２、１１１２ 絶縁スペーサ ７１３、１１１３ 支持基板 ８０４ 反基板側固定電極印加電圧信号線

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状構造物を変位させる静電駆動用電極
   として、該板状構造物上に設けられている第１の電極と
   該第１の電極に対向して該板状構造物を支持している基
   板上に設けられている第２の電極とを有し、支持部材の
   ねじれの復元力を利用して動作する該板状構造物上に設
   けられている導電性探針を、被観察物である導電性を持
   つ試料の表面に接近させて走査を行う走査型トンネル顕
   微鏡において、 前記導電性を持つ試料が、前記静電駆動用電極として、
   導電性試料基板を備える第３の電極を有し、 該第１ないし第３の電極が、前記走査を行う面に垂直な
   方向で設けられていることを特徴とする、走査型トンネ
   ル顕微鏡。
2. 【請求項２】 板状構造物の変位を測定する静電容量検
   出用電極として、該板状構造物上に設けられている第１
   の電極と該第１の電極に対向して該板状構造物を支持し
   ている基板上に設けられている第２の電極とを有し、支
   持部材のねじれの復元力を利用して動作する該板状構造
   物上に設けられている探針を、被観察物である導電性を
   持つ試料の表面または導電性を持つ試料上にある絶縁物
   の表面に接触させて走査を行う原子間力顕微鏡におい
   て、 前記導電性を持つ試料が、前記静電容量検出用電極とし
   て、導電性試料基板を備える第３の電極を有し、 該第１ないし第３の電極が、前記走査を行う面に垂直な
   方向で設けられていることを特徴とする、原子間力顕微
   鏡。
3. 【請求項３】 板状構造物を変位させる静電駆動用電極
   として、該板状構造物上に設けられている第１の電極と
   該第１の電極に対向して該板状構造物を支持している基
   板上に設けられている第２の電極とを有し、支持部材の
   ねじれの復元力を利用して動作する該板状構造物上に設
   けられている導電性探針を、被観察物である導電性を持
   つ試料の表面に接近させて走査を行う走査型トンネル顕
   微鏡において、 前記静電駆動用電極として、前記第１の電極を挟んで前
   記第２の電極に対向している第３の電極を有し、 該第２および第３の電極が、該第１の電極の前記走査を
   行う面に垂直な方向の両側にそれぞれ少なくとも１つ以
   上設けられていることを特徴とする、走査型トンネル顕
   微鏡。
4. 【請求項４】 板状構造物の変位を測定する静電容量検
   出用電極として、該板状構造物上に設けられている第１
   の電極と該第１の電極に対向して該板状構造物を支持し
   ている基板上に設けられている第２の電極とを有し、支
   持部材のねじれの復元力を利用して動作する該板状構造
   物上に設けられている探針を、被観察物である導電性を
   持つ試料の表面または導電性を持つ試料上にある絶縁物
   の表面に接触させて走査を行う原子間力顕微鏡におい
   て、 前記静電容量検出用電極として、前記第１の電極を挟ん
   で前記第２の電極に対向している第３の電極を有し、 該第２および第３の電極が、該第１の電極の前記走査を
   行う面に垂直な方向の両側にそれぞれ少なくとも１つ以
   上設けられていることを特徴とする、原子間力顕微鏡。
5. 【請求項５】 前記探針が設けられている前記板状構造
   物を複数個有することを特徴とする、請求項１ないし４
   のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項に記載
   の走査型プローブ顕微鏡のうち、少なくとも２種類の走
   査型プローブ顕微鏡を一つの装置とすることを特徴とす
   る、走査型プローブ顕微鏡。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   の走査型プローブ顕微鏡を用いて、試料表面の加工を行
   うことを特徴とする、加工装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   の走査型プローブ顕微鏡を用いて、情報の記録、情報の
   再生、および情報の消去を行うことを特徴とする、情報
   処理装置。