JPH09222430A

JPH09222430A - プローブユニット、及びこれを用いた情報記録再生装置

Info

Publication number: JPH09222430A
Application number: JP5416796A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ikeda; 勉池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、カンチレバー自身の反りがなく、電
極面積を小さくすることが可能で、記録媒体との間に発
生する浮遊容量の低減と記録速度の向上を図ることがで
き、また、鋭利な先端を有する導電性の金属微小探針を
再現性よくカンチレバー上に形成することが可能で、微
小探針のビット列への正確な位置合わせ等を行うことの
できるプローブユニット及びこれを用いた情報記録再生
装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明は、上記課題を達成すめために、水
晶基板及び該水晶基板上に形成されたＳｉ単結晶層から
なるカンチレバー上に、金属からなる微小探針を形成し
たプローブを備えたプローブユニットであって、前記水
晶基板の一部に電圧印加することにより該水晶基板の一
部を駆動させる機構を有するプローブユニットと、これ
を用いた情報記録再生装置を構成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡に用いるプローブユニットと、該プローブユニット
を用いた情報処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子的スケールの空間分解能を持つ表面
顕微鏡として、走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭとす
る）あるいは走査型原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭとす
る）が実用化されている（これらは走査型プローブ顕微
鏡（以下ＳＴＭとする）と総称されている）。これらの
ＳＰＭでは、微小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、情報記録再生装置が考えられている。ＳＴＭは、バ
イアスのかかった導電性微小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時に流れるトンネ
ル電流を検出し、トンネル電流が一定になるように微小
探針と試料との間の距離を制御しながら微小探針を走査
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、微小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ＡＦ
Ｍは、微小探針を試料に数オングストローム以下に接近
させたときに微小探針と試料表面とに働く原子間力を検
出し、微小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。原子間力を検出する手段とし
ては、一端を固定し、自由端近傍に微小探針を保持した
弾性体のカンチレバーが用いられている。

【０００３】同一装置で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）がある。これによると、ＡＦ
Ｍで用いられるプローブユニットは基板上に形成された
カンチレバーとそのカンチレバーに保持された微小探針
からなり、微小探針を導電性にすることによって微小探
針と試料との間に流れる電流を検出する。通常の使用方
法では、ＡＦＭ動作時に微小探針と試料との間にバイア
スを加えて電流を検出し、同一の微小探針による表面凹
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。この複合機においても、微小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、情報記録再生装置が考えられている。
この場合書き込み或いは読み出し速度を高めるため、プ
ローブを複数化する（特開平０４−３２１９５５号）。

【０００４】従来のプローブの作成方法（米国特許第
５，２２１，４１５号明細書）は、図７に示すように、
まず二酸化シリコン層２０１が形成された単結晶シリコ
ン基板２０２に対して結晶軸異方性エッチングを行い逆
ピラミッド型の凹部２０３を形成する（図７−ａ）。凹
部２０３形成後、二酸化シリコン層２０１を除去する。
この凹部２０３を微小探針の雌型とし、次に全面をＳｉ
Ｎ層２０４で被覆し（図７−ｂ）、カンチレバー２０５
状にパターン化した後（図７−ｃ）、ソウカット溝２０
６とＣｒ層２０７を設けたガラス板２０８と窒化シリコ
ン層２０４を接合し（図７−ｄ）、ガラス板２０８の一
部を破断後（図７−ｅ）、単結晶Ｓｉ基板２０２をエッ
チング除去することによりカンチレバー状のプローブ２
１０を得ている（図７−ｆ）。そして最後に、光てこ式
ＡＦＭ用の反射膜となる金属層２１１を形成する。

【０００５】また微小探針の形成方法しては、図８
（ａ）に示されるように、例えば基板上に薄膜層を円形
にパターニングし、それをマスク２１２にして基板２１
３をエッチングし、サイドエッチングを利用して微小探
針２１４を形成する方法（Ｏ．Ｗｏｌｔｅｒ，ｅｔ．ａ
ｌ．，”Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｓｉｌｉｃｏｎ
ｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒｓｃａｎｎｉｎｇｆｏｒｃ
ｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔ
ｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ，１９９
１，ｐｐ１３５３−１３５７）、さらには図８（ｂ）に
示されるように、逆テーパーをつけたレジスト開口部２
１５に基板を回転させながら導電性材料２１６を斜めか
ら蒸着し、リフトオフすることにより微小探針２１４を
形成する方法（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，ｅｔ．ａ
ｌ．，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏ
ｆｔｈｉｎｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎｃａｔｈｏｄｅｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ
ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７．１
９７６，ｐｐ５２４８−５２６３）等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７、
図８に示したような例では以下のような問題点を有して
いた。まずレバーにおいては、・真空蒸着或はＣＶＤ法などで成膜したＳｉＯ2，Ｓｉ
Ｎ，ＳｉＣ，Ｃなどは単結晶或はアモルファス状であり
内部応力を少なからず有しているため、レバー自身に反
りを生じてしまう。・カンチレバー状プローブに光反射性付与のため、ある
いは導電性付与のために金属膜等を被覆すると、カンチ
レバーと金属膜の間に応力が発生しカンチレバーに反り
が生じる。等の現象が発生する。カンチレバーが微小探
針側に反った場合、カンチレバー先端が、逆に反った場
合はカンチレバーの中央部が試料あるいは記録媒体に接
触してしまうことがある。さらに、プローブを複数化し
た場合、反りバラツキを生じるため特に問題となる。即
ち、ＡＦＭ／ＳＴＭの原理を用いた情報処理装置に用い
る場合、同一平面上の複数のプローブを記録媒体に対し
て同時に接触させようとした場合、レバーに反りバラツ
キがあると、記録媒体に対するそれぞれのプローブの荷
重が異なってしまい、荷重によっては解像度の低下或は
記録媒体や微小探針先端の破壊を引き起こす。微小探針
においては、・カンチレバー状プローブ上に導電性材料を被覆してＳ
ＴＭのプローブとする場合には、微小探針最先端部は鋭
利に形成されているため被覆されにくく、トンネル電流
という微弱な電流を取り扱うＳＴＭでは安定な特性を得
ることは難しい。・図８（ａ），（ｂ）に示したような微小探針は、微小
探針形成時のレジストのパターニング条件や、材料のエ
ッチング条件を一定にするのが困難であり、形成される
複数の微小探針の高さや先端曲率半径等の形状を正確に
維持するのが困難である。等の問題点がある。

【０００７】さらに同一基板上に複数のプローブが形成
されたプローブユニットを用いて情報の記録再生を行う
場合は、温度変化の影響や外部からの振動等による僅か
な位置づれを補正するために各プローブに駆動手段を与
える方法がある（Ｃ．Ｆ．Ｑｕａｔｅｅｔ．ａ
ｌ．，”ＭｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄｏｆＩｎ
ｔｅｇｒａｔｅｄＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌｉ
ｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”ＳＴＭ ’８９Ｆｏｕ
ｒｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅＳ１０−２Ｊｕｌｙ９−１４，１９８
９）。しかしながらこのような多結晶薄膜積層型のプロ
ーブではレバーの反りは避けられない。

【０００８】そこで、本発明は、上記従来技術における
課題を解決するため、カンチレバー自身の反りがなく、
電極面積を小さくすることが可能で、記録媒体との間に
発生する浮遊容量の低減と記録速度の向上を図ることが
でき、また、鋭利な先端を有する導電性の金属微小探針
を再現性よくカンチレバー上に形成することが可能で、
微小探針のビット列への正確な位置合わせ等を行うこと
のできるプローブユニット及びこれを用いた情報記録再
生装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、プローブユニット及びこれを用いた情報記
録再生装置をつぎのように構成したものである。すなわ
ち、本発明のプローブユニットは、水晶基板及び該水晶
基板上に形成されたＳｉ単結晶層からなるカンチレバー
上に、金属からなる微小探針を形成したプローブを備え
たプローブユニットであって、前記水晶基板の一部に電
圧印加することにより該水晶基板の一部を駆動させる機
構を有することを特徴としている。そして、本発明の上
記プローブユニットにおいては、前記Ｓｉ単結晶層を不
純物を導入した低抵抗値のもので形成し、その抵抗値
を、０．０１Ω・ｃｍ以下とすることが好ましい。ま
た、本発明の上記プローブユニットにおいては、前記微
小探針を、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれか或はその合金に
より形成することが好ましい。また、本発明の上記プロ
ーブユニットにおいては、前記微小探針は、中空構造を
有し、金属材料からなる接合層を介してカンチレバー上
に接合する構成を採ることができる。その際、この接合
層の金属材料は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌのいずれか或いはそ
の積層膜で形成することが好ましい。また、本発明の上
記プローブユニットにおいては、前記カンチレバーの水
晶基板には、結晶軸異方性エッチングによる貫通孔を設
ける構成を採ることができ、また本発明のカンチレバー
は、カンチレバー自身が導電性を有しているから、この
カンチレバー自身を電流の引き出し用配線として用いる
ことができ、引き出し用配線はこのカンチレバーの端部
から電極配線を形成する構成を採ることができる。ま
た、本発明においてはこのようなプローブユニットを用
いて、情報の記録再生を行う情報記録再生装置を構成す
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】水晶基板は圧電性及び結晶軸異方
エッチング性を有するため、加速度センサー、圧力セン
サー、ジャイロスコピックセンサーなどの受動素子（Ｊ
ＳＤａｎｅｌａｎｄＧＤｅｌａｐｉｅｒｒ
ｅ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１
（１９９１）１８７−１９８）、水晶発振子、光シャッ
ターなどの能動素子用基板（Ｈ．Ｔｏｓｈｉｙｏｓｈｉ
ｅｔ．ａｌ．，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｆｏｒＭｉ
ｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙ
ｓｔｅｍｓ，Ｆｅｂ７−１０（１９９３）１３３−１
３８）として用いられてきた。本発明は、上記特性を有
する水晶基板をプローブユニット用の基板として用い、
該水晶基板上に単結晶Ｓｉからなるカンチレバーと該カ
ンチレバー上に形成された金属からなる微小探針からな
るプローブを形成し、該水晶基板の一部に電圧印加する
ことにより該水晶基板の一部をプローブと共に駆動させ
る機構を有するプローブユニットを提供するものであ
る。本発明において、カンチレバーは単結晶Ｓｉよりな
るためレバー自身の内部応力は発生せず反りの極めて小
さいレバーを得ることができる。また微小探針は金属よ
りなるため、トンネル電流という微弱な電流を取り扱う
ＳＴＭでは安定した特性を得ることができる。さらに、
以上のプローブを水晶基板上に形成し、この水晶基板に
電圧印加して駆動させることにより、微小探針のビット
列への位置合わせ或いはビット列からの逸脱を回避でき
る。またこの駆動を利用してトラッキングも可能にな
る。

【００１１】以下に、図面を用いて本発明を詳細に説明
する。図１は本発明のプローブユニットの上面図であ
る。水晶基板１０１上に単結晶Ｓｉからなるカンチレバ
ー１０２が配置されている。単結晶Ｓｉからなるカンチ
レバー１０２は、トンネル電流引き出しのために不純物
がドープされている。また、カンチレバー１０２の先端
部には金属製の微小探針１０３が形成されており、カン
チレバー１０２と微小探針１０３の間には金属材料から
なる接合層１０４が形成されている。カンチレバー１０
２の他端側には金属配線１０５が形成されている。Ｓｉ
カンチレバー１０２をトンネル電流引き出し用配線とし
て用いることで、金属配線に起因するカンチレバーの反
りは発生しない。さらに、Ｓｉカンチレバー１０２から
のトンネル電流引き出しも金属配線１０５を用いて行う
ため、カンチレバー及びそれを保持する基板全面に導電
性材料を被覆したプローブに比べて、電極面積を小さく
することができる。そのため、記録媒体に対して電圧印
加を行い情報の記録を行う場合、記録媒体との間に発生
する浮遊容量を低減でき、従って電圧印加時間を短縮で
きる。即ち、より高速な情報記録が可能となる。基板駆
動用電極１０６に電圧ｏｎすることにより電極下の水晶
基板は収縮し、図１中Ｙ方向に微小探針位置を移動させ
ることができる。またｏｎ−ｏｆｆを繰り返すことによ
り高速で振動させることも可能である。振動幅、周波数
等は電圧値、電圧印加時間、水晶基板形状により変える
ことができる。

【００１２】図２は本発明のプローブユニットの製造方
法の一例である。基板には、水晶基板１０１上にＳｉ単
結晶層１０７が形成された基板、即ちＳＯＩ（ｓｉｌｉ
ｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板（図２−ａ）
を用いる（Ｔ．Ｙｏｎｅｈａｒａ，ＮＩＫＫＥＩＭＩ
ＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ，１０（１９９４）１０１−１０
６）。まずカンチレバー及び電圧印加用電極を形成す
る。Ｓｉ単結晶層上にレジストパターンを形成し、これ
をマスクとしてＳＦ6ガスを用いたリアクティブイオン
エッチング（ＲＩＥ）によりＳｉ単結晶層をパターニン
グしてカンチレバー１０２及び基板駆動用電極１０６を
形成する（図２−ｂ）。ここでＳｉ単結晶層１０７は不
純物導入した低抵抗のものを使用する。抵抗値は好まし
くは、０．０１Ω・ｃｍ以下のものを用いる。Ｓｉ単結
晶層１０７の厚さは所望するカンチレバーのバネ定数に
対して、カンチレバーの形状と共に決定されるが、通常
は０．１から数μｍ程度である。基板駆動用電極はＡ
ｕ，Ｐｔ，Ｗ等の金属を用いても良い。本発明では、Ｓ
ｉレバー自身がトンネル電流取り出し電極と機械的弾性
体の２つの役割を有する。次に、基板上に金属を積層し
た後パターニングしてカンチレバー先端部に接合層１０
４を形成する（図２−ｃ）。接合層１０４に用いる金属
材料は低抵抗で比較的柔らかい金属、例えばＡｕ，Ｐ
ｔ，Ａｌ単体或いはその積層膜などを用いる。次に、基
板の裏面側に金属層を成膜した後パターニングして基板
裏面側に基板駆動用電極１０８を形成する（図２−
ｄ）。次に、基板裏面側にＣｒ，Ａｕを順次積層した後
パターニングして水晶基板のエッチング用マスク１０９
を作成する（図２−ｅ）。次に、第２の基板上に形成さ
れた微小探針を接合層上に位置合わせした後圧着、第２
の基板を引き剥がして接合層上に微小探針１０３を形成
する（図２−ｆ）。次に基板表面上に保護層１１０を形
成したのち、加熱した重フッ化アンモニア過飽和溶液中
で水晶基板の結晶軸異方性エッチングを行う（図２−
ｇ）。次に、基板裏面のエッチング用マスクを除去し、
続いて基板表面の保護層除去してプローブユニットが完
成する（図２−ｇ）。

【００１３】転写用微小探針の形成方法を図３に示す。
（１００）面方位のＳｉ基板１１１上の二酸化Ｓｉ層或
はＳｉＮ層１１２を矩形或は円形状に除去しＳｉ面を露
出させる。次に、水酸化カリウム水溶液で露出したＳｉ
面を結晶軸異方性エッチングして凹部１１３を形成する
（図３−ａ）。次に、二酸化Ｓｉ層或はＳｉＮ層を除去
したのち（図３−ｂ）基板を再度薄い二酸化Ｓｉ層１１
４で覆う（図３−ｃ）。続いて微小探針材料１１５を基
板上に成膜し（図３−ｄ）パターニングして転写用微小
探針１１６とする（図３−ｅ）。微小探針材料として
は、トンネル電流を取り出せる金属からなり、好ましく
は酸化皮膜を形成しにくいＡｕ，Ｐｔ或いは機械的強度
の高いＩｒ等のいずれか若しくはその合金などが使用で
きる。転写用微小探針はレバー上の接合部に圧着され微
小探針１０３が形成される（図２−ｆ）。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。［実施例１］図２に、本発明における実施例１のプロー
ブの製造工程を示す。厚さ１００μｍのＺ−ｃｕｔの水
晶基板１０１上に、Ｓｉ単結晶層１０７が１．０μｍ厚
で形成されているＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）基板（図２−ａ）に対して、レジスト
パターンを形成しこれをマスクとしてＳＦ6ガスを用い
たＲＩＥによりＳｉ単結晶層をパターニングしてカンチ
レバー１０２及び駆動用電極１０６を形成した（図２−
ｂ）。レジストパターン除去後、基板にＡｌ（５０ｎ
ｍ），Ｔｉ（２５ｎｍ）Ａｕ（１００ｎｍ）を順次積層
し、この上に再度レジストパターンを形成しこれをマス
クとして金属層のエッチングを行いＳｉカンチレバー上
に接合層１０４及び金属配線１０５を形成した（図２−
ｃ）。エッチングはＡｕに対してはヨウ素とヨウ化カリ
ウムの混合水溶液で、Ｔｉは希フッ酸水溶液で、Ａｌは
燐酸系水溶液で行った。次に、基板裏面にＷを１００ｎ
ｍ厚形成し、この上にレジストパターンを形成しこれを
マスクとしてＳＦ6ガスを用いたＲＩＥによりパターニ
ングして裏面側駆動用電極１０８を形成した（図２−
ｄ）。次に、基板裏面にＣｒ（５ｎｍ），Ａｕ（２００
ｎｍ）を順次積層し、この上にレジストパターンを形成
してＡｕ及びＣｒのエッチングを行い、水晶基板エッチ
ング用マスク１０９とした（図２−ｅ）。

【００１５】別の基板上に転写用微小探針を作成した。
（１００）面方位のＳｉ基板１１１に二酸化シリコン層
１１２を０．１μｍ厚形成した。この二酸化シリコン層
１１２に対してフォトリソグラフィーとエッチングを行
い、直径６μｍの開口部を形成した。この基板を水酸化
カリウム水溶液により結晶軸異方性エッチングを行な
い、開口部に逆ピラミッド状の凹部１１３を形成した
（図３−ａ）。次に、基板をバッファフッ酸（ＢＨＦ）
溶液に浸し二酸化Ｓｉ層１１２を溶解除去した（図３−
ｂ）。次に、この基板を酸化雰囲気中で熱処理して基板
全面に１００ｎｍ厚の二酸化シリコン層１１４を形成し
た（図３−ｃ）。続いて、基板上に微小探針材料である
Ａｕ１１５を１μｍ厚成膜し（図３−ｄ）、この層１１
５をフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニ
ングし，転写用微小探針１１６を形成した（図３−
ｅ）。

【００１６】カンチレバー１０２が形成されているＳＯ
Ｉ基板と転写用微小探針１１６が形成されている基板の
位置合わせを行ない、カンチレバー１０２上の接合層１
０４と転写用微小探針１１６位置が合ったところで両基
板に圧力を加えて両者を接触させた。その後、両基板を
引き剥したところ微小探針１０３が接合層１０４上に良
好に形成されていた（図２−ｆ）。次に、カンチレバー
１０２及び微小探針１０３形成面上に保護膜としてポリ
イミド層１１０を１０μｍ厚形成した。次に、基板の裏
面を重フッ化アンモニウム過飽和溶液に浸して結晶軸異
方性エッチングを行なった（図２−ｇ）。水晶基板のエ
ッチング終了後、エッチングマスク１０９であるＣｒ及
びＡｕを溶解除去した。続いて、酸素プラズマ処理によ
りポリイミド層１１０を除去し、本発明のプローブを得
た（図２−ｆ）。

【００１７】本実施例では、プローブ５本がそれぞれ独
立して駆動するユニットとして作製した。これら５本の
プローブは、走査型レーザー顕微鏡（レーザーテック社
製）による測定において、カンチレバー長手方向、横手
方向共反りは検出できなかった。プローブユニット中の
基板駆動用電極に電圧印加を行なったところ、微小探針
先端における駆動幅（図１中Ｙ軸方向）は、約２０ｎｍ
／１０Ｖであった。

【００１８】［実施例２］実施例１と同様な方法で図４
に示したプローブユニット１１７を作製した。本実施例
では、プローブ３本がそれぞれ独立して駆動するユニッ
トとして作製した。これらのプローブは、走査型レーザ
ー顕微鏡（レーザーテック社製）による測定において、
カンチレバー長手方向、横手方向共反りは検出できなか
った。プローブユニット中の基板駆動用電極に電圧印加
を行なったところ、微小探針先端における駆動幅は、約
３０ｎｍ／１０Ｖであった。

【００１９】［実施例３］実施例１と同様な方法で図５
に示したプローブユニット１１８を作製した。本実施例
では、プローブ６本が一括して駆動するユニットを作製
した。走査型レーザー顕微鏡（レーザーテック社製）に
よる測定において、カンチレバー長手方向、横手方向共
反りは検出できなかった。プローブユニット中の基板駆
動用電極に電圧印加を行なったところ、微小探針先端に
おける駆動幅は、約２ｎｍ／１０Ｖであった。

【００２０】［実施例４］図６は、実施例１で作製した
プローブユニットを用いて構成した本発明における実施
例４の情報記録再生装置の主要部構成及びブロック図で
ある。つぎに、図６に基づいて本発明の情報記録再生装
置について説明する。記録媒体ステージ１１９上の記録
媒体１２０に対向させてプローブユニット１２１を配置
した。１２０−１は情報記録層、下地電極１２０−２は
情報記録層１２０−１に電圧を印加するためのものであ
る。１２０−３は基板である。情報記録層１２０−１
は、微小探針１０３との間に発生するトンネル電流によ
り電気的性質が変化（電気的メモリー効果）する有機薄
膜等よりなる。１２２は電源、１２３は電流アンプで、
マイクロコンピューター１２４に接続されており、記録
媒体１２０への情報の記録及び再生に使用する。記録媒
体ステージ駆動機構１２４上の記録媒体ステージ１１９
は、マイクロコンピューター１２４によるＺ方向位置制
御回路１２５、Ｘ−Ｙ方向位置制御回路１２６、チルト
角制御回路１２７、回転角制御回路１２８によって制御
される。プローブ１２９先端に対しては、レーザー１３
０が照射され、その反射光を２分割センサー１３１で受
光し、たわみ量検出装置１３２でプローブ１２９のたわ
み量を検知する。この情報は、マイクロコンピューター
１２４及びサーボ回路１３３に送られる。第２の電源１
３４は水晶基板への電圧印加に使用する。記録媒体１２
０は、石英ガラス基板１２０−３の上に下地電極１２０
−２として真空蒸着法によってＡｕを３０ｎｍ蒸着した
後、その上にＬＢ（ラングミュアー・ブロジェット）法
によってポリイミド層（情報記録層１２０−１）を形成
して作製した。

【００２１】以上示した記録再生装置に、記録媒体及び
プローブユニット１２１を設置し、特開昭６３−１６１
５５２号公報に開示されている原理、方法により記録再
生を行った。記録媒体１２０を上記プローブ１２９で観
察したところ、すべてのプローブ１２９で良好なＡＦＭ
像を得ることができ、膜剥れ等の記録媒体１２０へのダ
メージは観察されなかった。次に、記録媒体ステージ１
１９を用いて、記録媒体１２０を走査しながら、微小探
針１０３−下電極１２０−２間に電圧をパルス状に印加
した。電圧印加は３Ｖ、幅５０ｎｓのパルス状の矩形波
で行った。パルス印加後、水晶基板上の駆動用電極に電
圧を印加して微小探針位置をパルス印加位置にあわせて
駆動させながら、情報記録層に２００ｍＶの電圧を印加
して情報記録層上を走査したところ、情報記録層１２０
−１はパルス印加点で特性変化を起こし電気抵抗の低い
部分が生じていた。この電気抵抗の低い部分、すなわち
記録ビットは１０ｎｍ径程度の大きさを有しており、す
べてのプローブ１２９は記録ビット列から逸脱すること
なく良好に再生を行えた。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上のように、プローブユニ
ットにおけるカンチレバーをＳｉ単結晶材料で構成する
ことにより、カンチレバー自身の反りをなくすことが可
能となり、また、カンチレバーが導電性を有するため、
新たに電極配線を形成する必要がなく、電極配線に起因
するレバーの反りの発生を防止することができる。ま
た、本発明においては、このようにカンチレバー自身が
導電性を有しているから、このカンチレバー自身を電流
の引き出し用配線として用いることができ、引き出し用
配線はこのカンチレバーの端部から電極配線を形成する
だけで足るから、カンチレバー及びそれを保持する基板
全面に導電性材料を被覆する必要がなく、電極面積を小
さくすることができる。また、これにより記録媒体との
間に発生する浮遊容量を低減でき、記録速度を向上する
ことができる。また、本発明においては、鋭利な先端を
有する導電性の金属微小探針を再現性よくカンチレバー
上に形成でき、その微小探針内部を中空構造とすること
により、カンチレバー先端の軽量化を図ることができ
る。さらに、本発明においては、カンチレバーに水晶基
板を用いることにより、この水晶基板に電圧を印加して
プローブを駆動させ、正確な微小探針のビット列への位
置合わせ等を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブユニットの上面を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施例１におけるプローブの製造工程
を示す図である。

【図３】本発明の実施例１における微小探針の製造工程
を示す図である。

【図４】本発明の実施例２におけるプローブユニットの
上面を示す図である。

【図５】本発明の実施例３におけるプローブユニットの
上面を示す図である。

【図６】本発明の実施例４における情報記録再生装置の
概略を示す図である。

【図７】従来のプローブの製造法を示す図である。

【図８】従来の微小探針の製造法を示す図である。

【符号の説明】

１０１：水晶基板１０２：カンチレバー１０３：微小探針１０４：接合層１０５：金属配線１０６：基板駆動用電極１０７：Ｓｉ単結晶層１０８：基板駆動用電極１０９：エッチング用マスク１１０：保護層１１１：Ｓｉ基板１１２：二酸化Ｓｉ層或はＳｉＮ層１１３：凹部１１４：二酸化Ｓｉ層１１５：微小探針材料１１６：転写用微小探針１１７：プローブユニット１１８：プローブユニット１１９：記録媒体ステージ１２０：記録媒体１２０−１：情報記録層１２０−２：下地電極１２０−３：基板１２１：プローブユニット１２２：電源１２３：電流アンプ１２４：マイクロコンピューター１２５：Ｚ方向位置制御回路１２６：Ｘ−Ｙ方向位置制御回路１２７：チルト角制御回路１２８：回転角制御回路１２９：プローブ１３０：レーザー１３１：２分割センサー１３２：たわみ量検出装置１３３：サーボ回路１３４：第２の電源２０１：二酸化シリコン層２０２：単結晶Ｓｉ基板２０３：凹部２０４：ＳｉＮ層２０５：カンチレバー２０６：ソウカット溝２０７：Ｃｒ層２０８：ガラス板２０９：マウンティングブロック２１０：プローブ２１１：マスク２１２：基板２１３：微小探針２１４：レジスト開口部２１５：導電性材料２１６：レジスト２１７：基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶基板及び該水晶基板上に形成されたＳ
ｉ単結晶層からなるカンチレバー上に、金属からなる微
小探針を形成したプローブを備えたプローブユニットで
あって、前記水晶基板の一部に電圧印加することにより
該水晶基板の一部を駆動させる機構を有することを特徴
とするプローブユニット。
【請求項２】前記Ｓｉ単結晶層が、不純物を導入した低
抵抗値のもので形成されていることを特徴とする請求項
１に記載のプローブユニット。
【請求項３】前記Ｓｉ単結晶層の抵抗値が、０．０１Ω
・ｃｍ以下とされていることを特徴とする請求項２に記
載のプローブユニット。
【請求項４】前記微小探針が、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいず
れか或はその合金よりなることを特徴とする請求項１〜
請求項３のいずれか１項に記載のプローブユニット。
【請求項５】前記微小探針は、中空構造を有し、金属材
料からなる接合層を介してカンチレバー上に接合されて
いることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１
項に記載のプローブユニット。
【請求項６】前記接合層の金属材料は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａ
ｌのいずれか或いはその積層膜よりなることを特徴とす
る請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプローブ
ユニット。
【請求項７】前記カンチレバーの水晶基板は、結晶軸異
方性エッチングによる貫通孔を有していることを特徴と
する請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプロー
ブユニット。
【請求項８】前記カンチレバーは、該カンチレバーの端
部に金属配線が形成されていることを特徴とする請求項
１〜請求項７のいずれか１項に記載のプローブユニッ
ト。
【請求項９】プローブユニットを備えた情報記録再生装
置において、該プローブユニットが請求項１〜請求項８
のいずれか１項に記載のプローブユニットにより構成さ
れていることを特徴とする情報記録再生装置。