JPH11250513A - プローブ装置、それを用いた加熱方法及び位置決め方法 - Google Patents

プローブ装置、それを用いた加熱方法及び位置決め方法

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JPH11250513A
JPH11250513A JP5401498A JP5401498A JPH11250513A JP H11250513 A JPH11250513 A JP H11250513A JP 5401498 A JP5401498 A JP 5401498A JP 5401498 A JP5401498 A JP 5401498A JP H11250513 A JPH11250513 A JP H11250513A
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JP
Japan
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electrodes
probe
recording
current
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Application number
JP5401498A
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English (en)
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Masaya Ishida
方哉 石田
Satoshi Nehashi
聡 根橋
Tsugio Ide
次男 井出
Takanobu Katsuyama
高信 戞山
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分解能な加工、記録を安定して行なう装置
を提供する。 【解決手段】 少なくとも2つ以上の先鋭化した電極
と、試料の表面の任意の位置に電極を移動する機構と、
電極の間に電流を流す機構と、を有するプローブ装置を
提供する。ここで、試料が導電性を有することが望まし
い。さらに、2つの電極の間に流れる電流を検出する機
構を有することが望ましい。また、1つの先鋭化した基
体上に、2つの電極を設けることが望ましい。2つの電
極の間隔が10nm以下であることをが望ましい。2つ
の電極の間隔が10nm以下の範囲で調整可能であるこ
とが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非常に微細なサイ
ズの情報記録や加工に用いるマルチスタイラス装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡(STM)が発明
されて以来、走査型プローブ顕微鏡(SPM)技術は様
々な分野へ応用されつつある。SPM技術とは、先鋭化
されたプローブ(探針)を対象物に近接させることで、
対象物の表面付近の局所的な情報を得るものである。プ
ローブの先端が非常に小さいものを用意すれば、非常に
高分解能な分析、観察が可能であり、究極的には原子レ
ベルの分解能が得られる。高分解能の特徴を活かして、
表面の分析、観察を行なうためのツールとして既にかな
り広く普及されつつある。近年、この技術を実際に応用
できないかという試みがなされてきており、ナノメート
ルサイズの超高密度記録、微細加工への応用で多くのア
イデアが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】プローブと試料間に電
流を流すことにより情報の記録を行う試みが行われてい
る。例えば、特開平9−185812や特開平9−19
8726などが挙げられる。これは、プローブ−試料間
に流す電流による抵抗加熱で試料の温度を上昇させるこ
とにより、熱磁気記録や相変化により記録を行うもので
ある。この場合、プローブ、記録膜、基板はすべて導電
性の材料を用いるという制約がある。また、これらの従
来例では、プローブ、記録膜(基板)と長い経路を電流
を流す必要が生じるが、このような長い経路に数nAとい
った微少な電流を安定して流すことには困難が生じる。
そのような電流の不安定性は、記録の不安定性へとつな
がる。ここでは、プローブを用いた記録について述べた
が、微細加工へ適用した場合には、加工サイズの誤差な
どと現れてくる。したがって、プローブ−試料間による
電流での記録、加工には安定性の確保という問題があっ
た。
【0004】また、記録や加工をプローブ技術を用いて
行なう場合に、スピードを上げるためには複数本のプロ
ーブを同時に制御して、記録、加工を行なうことが望ま
しい。しかしながら、従来例のような場合には、複数本
の探針を同時に制御して、記録、加工を行なうのは難し
く、特別な工夫が必要であった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも2
つ以上の先鋭化した電極と、試料の表面の任意の位置に
電極を移動する機構と、電極の間に電流を流す機構と、
を有するプローブ装置を提供する。ここで、試料が導電
性を有することが望ましい。さらに、2つの電極の間に
流れる電流を検出する機構を有することが望ましい。ま
た、1つの先鋭化した基体上に、2つの電極を設けるこ
とが望ましい。2つの電極の間隔が10nm以下である
ことをが望ましい。2つの電極の間隔が10nm以下の
範囲で調整可能であることが望ましい。
【0006】また、本発明は、2本の電極間の距離を1
0nm以下に保ちながら、前記電極を試料の表面に近接
させて、一方の前記電極から、もう一方の前記電極に電
流を流す加熱方法を提供する。
【0007】また、本発明は、2本の電極間の距離を1
0nm以下に保ちながら、前記電極を試料の表面に近接
させて、一方の前記電極から、もう一方の前記電極へ流
れる電流を検出して、それに基づき、前記電極と前記試
料との間隔を制御する位置決め方法を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】1. 第1の実施例 図1に本実施例で用いた記録媒体の構成を示す。記録媒
体10の基板には、表面に酸化膜が形成されたシリコンウ
エハーを用い、その上に下地層12としてSiNを40nm形成
し、記録層13としてTbDyFeCo膜を20nm形成し、最後に導
電性の保護層14として金(Au)膜を20nm形成した。記録
層13の保磁力は5.0kOe、キュリー温度は160℃であっ
た。記録媒体10は、あらかじめ一方向に10kOeの磁界を
印加して初期化を行った。記録に用いた装置の全体構成
を図2に示す。記録に用いる探針を有するカンチレバー
21、記録媒体10、磁界印加用のコイル23が配置されてい
る。記録時にはコイル23に電流を流すことで記録媒体10
に磁界を印加する。コイル23は、記録媒体に対して探針
と反対側に配置されている。探針の詳細な構成を図3に
示す。絶縁体の窒化シリコンカンチレバー31にAuの電極
(32)と電極(33)をパターンニングしたものを用い
た。図4に、探針の断面図を示す。電極32,33は探針の
先端部で最も接近しているが、接触はしていない構成と
なっている。最も接近しているところで、Au電極32,33
の間隔は8nmである。ここで、Au電極32,33の膜厚は100n
mとした。図示はされていないが、パターンニングされ
た2つの電極32,33から、それぞれ配線を引き出し、2
つの領域の間に流れる電流を検出する回路、2つの電極
の間に電流を流す回路へと接続されている。カンチレバ
ーは試料面内の2つの方向と、試料に対して垂直方向の
合計3つの方向に可動可能の機構を有している。
【0009】次に、実際の記録について説明を行う。ま
ず、探針と記録媒体10が離れている状態で、パターンニ
ングされた2つの電極32,33の間に電流が流れないこと
を確認する。これは、2つの電極の間の距離が約8nmと
離れており、トンネル電流が流れないためである。ここ
で、2つの電極間に電流が流れるかどうかを検出しなが
ら、探針を次第に記録媒体10に近づける。記録媒体10は
電気的に浮かせた状態にする。探針が記録媒体表面に近
接すると、1つの電極32から試料表面を通ってもう1つ
の電極33へトンネル電流が流れる。さらに近接すると、
パターンニングされた2つの電極32,33の間に流れるト
ンネル電流が増大し、そのトンネル電流が所定の値にな
ったところで、探針が記録媒体10に近づけるのを停止す
る。ここで、記録媒体に磁界を150Oe印加しながら、2
つの電極32,33の間に電圧を印加して、記録媒体10の表
面近傍のみを加熱して熱磁気記録を行った。電圧は、一
例として、5Vで10msecの条件で印加した。他の様々な電
圧印加条件にても行った。電圧印加後にこの領域を磁気
力顕微鏡で観察したところ、0.1ミクロン以下の微少な
記録磁区が多数形成されていることが認められた。ま
た、同一条件にて記録を行なった領域には、同一のサイ
ズの磁区が安定して形成されていることが確認された。
【0010】2. 第2の実施例 本発明の別の実施形態について説明を行う。図5は、本
実施例で用いた記録媒体の構成を示す図である。記録媒
体20の基板11には、実施例1と同様な表面に酸化膜が形
成されたシリコンウエハーを用い、下地層12、記録層1
3、保護層14をパターンニングして形成を行った。下地
層12としてSiN膜を40nm形成し、記録層13としてTbDyFeC
o膜を20nm形成し、最後に導電性の保護層14として金(A
u)膜を20nm形成し、記録膜のパターン30は、1辺が100
ミクロンの四角の形状である。記録媒体20は、あらかじ
め一方向に10kOeの磁界を印加して初期化を行った。パ
ターンニングされた記録膜の形成は、リフトオフ法、マ
スクスパッタ法などさまざまな方法で実現可能である
が、本実施例ではマスクを用いたマスクスパッタ法によ
り作製を行った。記録装置については、実施例1で示し
た探針を2組用意したものを用いた。カンチレバー1本
につき2つの導電性パターンが形成されており、それぞ
れのカンチレバーは独立に位置制御が可能である。
【0011】2つのカンチレバーを、それぞれ別のパタ
ーンニングされた記録膜に独立に近づける。記録膜パタ
ーン30は電気的に浮かせた状態にする。探針の記録媒体
表面への近接方法は、実施例1で示したように2つの電
極32,33の間に流れるトンネル電流で制御を行った。こ
こで、初期化とは別の向きに、記録媒体全体に磁界を15
0Oe印加しながら、それぞれのカンチレバーの2つの電
極間に同時あるいは別々に電圧を印加して、記録膜パタ
ーン30の表面近傍のみを加熱して熱磁気記録を行った。
電圧、電圧印加時間などを変化させることにより、様々
な電圧印加条件にて記録を行なった。探針を近接させた
複数の記録膜パターン30を磁気力顕微鏡で観察したとこ
ろ、0.1ミクロン以下の微少な記録磁区が多数形成され
ていることが認められた。以上の結果から、複数のカン
チレバーで同一基板上に形成された記録領域に同時に記
録が可能であることが確かめられた。
【0012】3. 第3の実施例 本発明の別の実施形態について説明を行う。図6は、本
実施例で用いた記録装置の構成を示す図である。記録媒
体10実施例1で用いたものと記録層13を除いて同一であ
る。記録層13の組成はTbFeCoCrで、その膜厚は20nmであ
る。記録層13の保磁力は7.0kOe、キュリー温度は170℃
であった。記録媒体10は、あらかじめ一方向に10kOeの
磁界を印加して初期化を行った。記録装置については、
導電性の探針61,62を2本配置しており、それぞれの探
針は、記録媒体の面内方向と、垂直方向の3つの方向に
ついて独立に位置制御が可能である。
【0013】2つの探針61,62を、記録記録媒体に近づ
ける。この時、探針61,62の間距離は10nmと一定に保つ
ように制御を行なった。記録媒体10は電気的に浮かせた
状態にする。探針の記録媒体表面への近接方法は、2つ
の探針61,62の間に流れるトンネル電流で制御を行っ
た。ここで、初期化とは別の向きに、記録媒体全体に磁
界を150Oe印加しながら、探針61,62の間に電圧を印加し
て、記録媒体10の表面近傍のみを加熱して熱磁気記録を
行った。電圧、電圧印加時間などを変化させることによ
り、様々な電圧印加条件にて記録を行なった。探針を近
接させた付近の記録媒体10を磁気力顕微鏡で観察したと
ころ、0.1ミクロン以下の微少な記録磁区が多数形成さ
れていることが認められた。
【0014】以上の結果から、局所的に2つの電極を試
料に近接させることにより、試料表面を局所的に加熱す
ることが可能であることが確かめられた。探針の形状、
構成については本実施例にのみ制限されることはなく、
局所的に2つの電極が試料に対して近接される構成であ
れば、本発明の効果が得られれるのは言うまでもない。
また、実施例では熱磁気記録について説明を行なった
が、本発明はこれに限定されるものではなく、局所加熱
を利用した微細加工等にも適用可能であることは明らか
である。さらに、本実施例を含めて記録層としてTbFeCo
に類する重希土類−遷移金属合金の例について述べた
が、本発明はやはりこれに限るものではなく、他の磁性
材料や磁性多層膜への適用が可能であることは明らかで
ある。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、基板の材料が導電性で
なければならないという制約がなくなり、各種の基板材
料を用いることが可能となる。また、プローブから基板
を経て電流を流さなくてもよいため、結果的に記録時の
電流の経路を短くすることが可能となり、記録や加工の
安定性が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で用いた記録媒体の構造を示す断面
図。
【図2】本発明の記録装置の構成を示す図。
【図3】実施例1で用いた探針の構成を示す図。
【図4】実施例1で用いた探針の構造を示す断面図。
【図5】実施例2で用いた記録媒体の構造を示す図。
【図6】実施例3で用いた記録装置の構成を示す図。
【符号の説明】
10 記録媒体 11 基板 12 下地層 13 記録層 14 保護層 20 記録媒体 21 カンチレバー 22 移動装置 23 コイル 30 記録パターン 31 カンチレバー 32、33 電極 61、62 探針
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戞山 高信 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2つ以上の先鋭化した電極
    と、試料の表面の任意の位置に前記電極を移動する機構
    と、前記電極の間に電流を流す機構と、を有することを
    特徴とするプローブ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のプローブ装置におい
    て、試料が導電性を有することを特徴とするプローブ装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のプローブ装置におい
    て、2つの電極の間に流れる電流を検出する機構を有す
    ることを特徴とするプローブ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のプローブ装置におい
    て、1つの先鋭化した基体上に、2つの電極を設けるこ
    とを特徴とするプローブ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載のプローブ装置におい
    て、2つの電極の間隔が10nm以下であることを特徴
    とするプローブ装置。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載のプローブ装置におい
    て、2つの電極の間隔が10nm以下の範囲で調整可能
    であることを特徴とするプローブ装置。
  7. 【請求項7】 2本の電極間の距離を10nm以下に保
    ちながら、前記電極を試料の表面に近接させて、一方の
    前記電極から、もう一方の前記電極に電流を流すことを
    特徴とする加熱方法。
  8. 【請求項8】 2本の電極間の距離を10nm以下に保
    ちながら、前記電極を試料の表面に近接させて、一方の
    前記電極から、もう一方の前記電極へ流れる電流を検出
    して、それに基づき、前記電極と前記試料との間隔を制
    御することを特徴とする位置決め方法。
JP5401498A 1998-03-05 1998-03-05 プローブ装置、それを用いた加熱方法及び位置決め方法 Withdrawn JPH11250513A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6680808B2 (en) 2000-03-03 2004-01-20 International Business Machines Corporation Magnetic millipede for ultra high density magnetic storage
JP2007033454A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw デュアルチップ原子間力顕微鏡プローブとその製造方法
CN104808017A (zh) * 2014-01-26 2015-07-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 用于近场光学显微镜的探针及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6680808B2 (en) 2000-03-03 2004-01-20 International Business Machines Corporation Magnetic millipede for ultra high density magnetic storage
JP2007033454A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw デュアルチップ原子間力顕微鏡プローブとその製造方法
CN104808017A (zh) * 2014-01-26 2015-07-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 用于近场光学显微镜的探针及其制备方法

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050510