JPH041949A - 情報入力及び／または取出し装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｓ　Ｔ　Ｍ　（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎ
ｅｌｉｎｇＭ　ｉ　ｃ　ｒｏｓ　ｃｏ　ｐｅ　）等の手
法により材料の表面観察、微細加工、及び情報の記録及
び再生等を行なう装置に関するものである。

［従来の技術］ 現在、ＳＴＭの手法を用いて、半導体あるいは高分子材
料等の原子オーター、分子オーダーの観察評価、微細加
工（Ｅ、Ｅ、Ｅｈｒｉｃｈｓ、４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇＴｕｎｎｎｅｒｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／
５ｐｅｃｔｏｓｃｏｐｙ、’８９，５１３−３）、及び
記録装置等の様々な分野への応用か研究されている。

なかても、コンピューターの計算情報や映像情報等ては
大容量を有する記録装置の要求に対してますます高まっ
ており、半導体プロセス技術の進展により、マイクロプ
ロセッサか小型化し、計算能力か向上した為に記録装置
の小型化か望まれている。これらの要求を満たす目的で
、記録媒体との間隔か微調整可能な駆動手段上に存在す
るトンネル電流発生用プローブからなる変換器から電圧
印加することによって記憶媒体表面の仕事関数を変化さ
せる事により記録書き込みし、仕事関数の変化によるト
ンネル電流の変化を検知することにより情報の読み出し
を行ない最小記録面積か１０ｎｍ平方となる記録再生装
置が提案されている。

上記変換器は、記録装置のみならず材料評価、ナノメー
ターサイズの微細加工技術に対しても極めて増動な手段
となる。

［発明か解決しようとしている問題点］上述した様な装
置においては１例としてプローブと媒体等との間隔を調
整し、常に適正間隔て処理を行なう必要かある。例えば
前述の記録再生装置において駆動手段に異常か発生し、
プローブと媒体とか必要以上に離れてしまった場合、情
報記録時には記録媒体への書き込みか不良となり、情報
再生時には読み出しか不良になって例えばＯ信号しか出
てこないという様な事態か発生する。この様な不良は間
隔調整の場合たけでなく媒体面に平行プローブを走査す
る場合にも発生し得る。従来はこの様な異常が発生した
場合、書き込んだ情報を他の装置て読みとって解析した
り、読み取り情報が一定期間通常とは異なる状態である
事を確認したりして異常を発見していたのて発見までに
時間かかかり、無駄か多かった。

本発明は前述従来例の欠点に鑑み、前述した様な（例え
ば間隔調整異常による）エラーを早期に発明して対処可
能にする情報入力及び／又は取り出し装置を提供する事
を目的とするものである。

［課題を解決する為の手段コ 上述目的は、情報担体とプローブとを対向させ、相対的
に該プローブか移動しかつ前記プローフを用いて情報担
体への情報入力と情報担体からの情報取り出しの少なく
とも一方を行なう装置において、相対移動する前記ブロ
ーフ側の異常を検出する手段を設けた事により達成され
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に於ける記録再生装置及
び記録媒体の概略図である。第１図中、１は装置系全体
の制御を行なうマイクロコンピュータ−である。２は後
述する片持ち＠機構からなる三次元駆動機構、３はサー
ボ回路、４はＸＹ走査駆動回路、５はプローブ、記録媒
体間への電圧印加装置、６はプローブ電極、７は電流増
幅器、８は記録媒体、９は下地電極、１０は基板、１１
はパルスモータ−と、てこ構造により作製した粗動−機
構、１２は粗動機構駆動回路、１３はｘＹステージ、１
４は密閉構造を構成する密閉フレームである。粗動機構
１１によって探針６を記録媒体８に近すけ電圧印加装置
５によって高さ３ｖｏｌｔ幅５０ｎｓの矩形状パルス電
圧を印加すると記録媒体８か特性変化を起こし電気抵抗
の低い部分か生しる。この操作を媒体面の所望の位置に
わたってＸＹステージ１３及びＸＹ走査駆動回路よりＸ
Ｙ力方向駆動指令信号を受けた三次元駆動機構２を用い
て走査しながら行なうことにより記録媒体面上に情報の
記録か出来る。再生時には記録電圧より低い２００ｍｖ
の直流電圧を記録媒体８に加える。この状態て電流増幅
器７とサーボ回路３を用いて検出される電流が一定（０
，１ｎＡ）となるように三次元駆動機構２を間隔方向に
フィードバック制御しながら媒体面上を記録時と同様に
二次元的に走査する。その時のフィードバック量は記録
媒体上の記録情報（特性変化）に対応して増減するため
このフィードバック信号を記録位置との対応を取りなか
ら検出することにより再生か行なえる。これらの制御は
マイクロコンピュータ−１によって行なわれる。

本実施例ては石英ガラス基板の上に下地電極９として真
空蒸着法によってＣｒを５０人堆積させ更にその上にＡ
ｕを３００人ＰＩ法により蒸着したものを用い、その上
にＬＢ法によって５ＯＡＺ　（スクアリリウム−ヒス−
６−オクチルアスレン）を４層積層した記録媒体８を用
いている。

尚本図てはプローブ電極６と三次元駆動機構２の組は１
組しか描かれていないか、実際には記録媒体８の複数ケ
所を同時に記録又は再生可能な様に記録媒体８に対向し
て複数組設けられている。各組にはそれぞれ個別にサー
ボ回路３、ＸＹ走査駆動回路４、電圧印加手段５、電流
増幅器７が設けられており、マイクロコンピュータ−１
はこれらを組別に制御する。

第２図は第１図の三次元駆動機構２とプローフロの部分
を詳細に示す部分構成図、第３図は同断面図である。

各三次元駆動機構２はカンチレバ−２２、及び変位手段
としてのバイモルフ圧電体膜２３とその駆動用電極２４
からなり、さらに変位量検出手段２５となるひずみケー
ジであるピエゾ抵抗素子または圧電体膜か形成されてい
る。この様なプローブ電極と三次元駆動機構の作製方法
としては、マイクロメカニクス技術、例えばカルハン　
Ｆ、クェート等（４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　ｏｎ　　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　
Ｔｕｎｎｎｅｒ’ｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／５ｐｅ
ｃｔｏｓｃｏｐｙ、　’８９，５ＩＯ−２）によるＳｉ
６の異方性エツチングか用いられ、変位量検出手段２５
は異方性エッチンク用マスク暦２７上にパターン形成さ
れる。変位量検出手段２５と駆動用電極２４との絶縁性
をはかる為に絶縁層２８を設ける。第４図に変位量検出
手段２５のパターン形状の一例を示す。この例ではＸ方
向への変位検出用の検出手段を示す。

本実施例ては変位量検出手段２５としてひずみケージと
なるピエゾ抵抗素子を用いる。カンチレバー２２が変位
した際にこのピエゾ抵抗素子に生した応力を電極２９か
らピエゾ抵抗素子の抵抗変化として読み出す。この読み
出しはマイクロコンピューターｌか読み出し回路２５Ａ
を介して行なう。ピエゾ抵抗素子は、例えば減圧ＣＶＤ
装置により多結晶シリコンを数千オンクストローム形成
しボロンをイオン注入して抵抗率を数ｍΩ・ｃｍにする
事により作製する。

他の例として変位量検出手段２５として圧電体膜を用い
る場合、カンチレバー２２か変位した際に生した応力を
電極２９から圧電体膜に発生する電荷量として読み出す
。圧電体膜は、例えばマグネトロンスパッタにてＡｉＮ
を窒素、アルゴン雰囲気中て成膜する事により作製する
。

第２図のトンネル電流発生用プローブは第５図に示す様
にｘ、ｙ、ｚ方向に独立に変位可能である。この為、Ｙ
方向の変位に対しては第６図に示す様にカンチレバー２
２の幅方向（ｙ方向）に並列に２つの変位量検出手段２
５Ｙを形成し、前述の検出手段２５と同様にして不図示
の読み出し回路を介してマイクロコンピュータ−１て各
検出手段２５Ｙの出力からそれぞれの位置ての応力を検
出し、内応力の差分なとる事により、検出する。又Ｚ方
向の変位に対しては第７図に示す様にＺ方向に並べて２
つの変位量検出手段２５Ｚを形成し、ｙ方向と同様の構
成で同様にして両者の検出した応力の差分から検出する
。これら検出手段２５Ｙ、２５Ｚは前述の検出手段２５
と同一面状に配置を考慮して形成しても良く、絶縁層を
介して層状に重ねて形成しても良い。これら第４図、６
図、７図の変位量検出手段を組み合わせることによりＸ
、Ｙ、Ｚの全ての方向に対して変位量の検出か可能とな
る。

本実施例におけるマイクロコンピュータ−１の制御は以
下の様になる。ここては情報再生時について説明する。

マイクロコンピュータ−１から各三次元駆動機構用のサ
ーボ回路３へ始動指令信号か出力される。同時に各ＸＹ
走査駆動回路４へ指令信号か送信される。これによりサ
ーボ回路３から、プローラミ極６と記録媒体８との間に
流れる電流を一定にする様にカンチレバー２２のバイモ
ルフ圧電体膜２４に制御電圧か印加され、又ＸＹ走査駆
動回路４からプローフ電極６をｘｙ力方向走査させる様
に圧電体Ｈ２４に制御電圧か印加される。これにより前
述の様に情報再生か行なわれる。各制御電圧は同時にマ
イクロコンピュータ−１にも送信されている。この時各
カンチレバー２２に設けられた前述の変位量検出手段か
らも変位量情報かマイクロコンピュータ−１に与えられ
ている。マイクロコンピュータ−１は各三次元駆動機構
毎に、送信されてきた制御電圧によって期待されるカン
チレバー２２のｘ、ｙ、ｚ各方向の変位量を算出し、こ
れと実際に各カンチレバーの変位量検出手段によって検
出される変位量とを比較し、その差か所定値以上であれ
ばその三次元駆動機構にエラーがあったものと判断する
。この判断の結果マイクロコンピュータ−１は不図示の
デイスプレィに複数の三次元駆動機構のいずれに異常か
あったかを表示し、又再生に関しては異常のあった三次
元駆動機構のプローフ電極からの信号は再生しない。又
この三次元駆動機構に対応するサーボ回路とｘｙ走査駆
動回路を停止させる。

情報記録時には、まず最初にサーボ回路３を始動させ、
トンネル電流か所定値になったらサーボ回路３を停止さ
せ、プローフ電極６か２方向に変位しない様に固定する
。これらはマイクロコンピュータ−１からの指令信号で
行なわれる。この状態て再生時と同様にプローフ電極６
をｘｙ力方向走査させる。この際の制御電圧から算出さ
れる変位量と実際に変位量検出手段によって検出された
変位量とを比較して各三次元駆動機構のエラーを検出す
る。この検出はサーボ回路３停止後の２方向の制御電圧
から算出される変位量か一定である事を除けば再生時と
同しである。マイクロコンピュータ−１は異常のあった
三次元駆動機構を不図示のデイスプレィで表示し、又対
応するブローフ電極への記録用電圧印加を行なわない。

又対応するサーボ回路とｘｙ走査駆動回路を停止させる
。

以上の制御を第８図にフローチャートて示す。本実施例
の装置てあれば三次元駆動機構の異常のみならずプロー
ブ電極か折れる等して今一水回路３による２方向位置制
御か不良になった場合も検出できる。即ちプローブ電極
の異常も検出可能である。

第９図は本発明の第２実施例のプローラミ極６近傍部を
説明する為の部分構成概略図である。本実施例において
もブローンは複数であるか、すべて同じ構成なのて本図
てはそのうちの１つのみ示しである。同図においてプロ
ーブ電極６と三次元駆動機構２は第１実施例と同様であ
る。３１は第１実施例の電流増幅器７と電流信号を電圧
信号に変換する電流電圧変換回路とを含むトンネル電流
検出回路、３２は検出回路３１の出力に基づきプローブ
電極６の２方向の位置制御を行なう為のサーボ回路３と
プローブ電極６のｘｙ方向走査制御を行なう為のｘｙ走
査駆動回路４とを含むプローブ電極制御回路、３３は補
正回路である。回路３１．３２．３３から図面横方向へ
の信号線はそれぞれマイクロコンピュータ−１と接続す
る。カンチレバー２２とこれら回路３１．３２．３３は
基板に一体的に形成され、プローフチツブシステム３０
を構成する。その他の構成は第１の実施例と同様である
。

本実施例ては補正回路３３か、制御回路３２からカンチ
レバー２２のバイモルフ圧電体膜に印加される制御電圧
と変位量検出手段からの出力とを受信し、これから前述
第１実施例と同様の期待変位量と実際変位量との比較を
行なう。これか三次元駆動機構の異常検出となる。

そしてその比較結果から、異常か検出された三次元駆動
機構については実際変位量と期待変位量とのずれ分たけ
更にカンチレバー２２を変位させる様に制御回路３２に
指令信号を発信する。これを実際変位量と期待変位量か
一致するまで行なう事により補正を実行する。

変位量検出手段の温度補償のために第４図、６図、７図
に示すひずみケージの形態をフリツシ回路とし、補償回
路を補正回路３３に組み込んても良い。（山香著「バイ
テクノロジ・センサ」共立出版、Ｐ１１６）又補正回路
３３から指令信号を発しても変位量検出手段の出力に変
化かない時や指令信号により制御回路３２か印加すべき
制御電圧か異常値（例えばバイモルフ圧電体膜の許容値
を越える値）になる時にはマイクロコンピュータ−１に
よりその三次元駆動機構を補正不能として対応する制御
回路３２を停止させ又対応するプローブ電極６ての記録
又は再生を中止させ、不図示のデイスプレィで補正不能
の三次元駆動機構を表示する様にしても良い。

この様なシステムを半導体を有する基板上に形成するこ
とて自己整合可能な装置を提供する事か可能となる。

［変形例］ 以上記載した実施例てはひずみケージに、多結晶シリコ
ンのピエゾ抵抗素子を示したか、用いる半導体を有する
基板に熱拡散によりピエゾ抵抗素子を形成しても良く、
またひずみゲージとして金属を用いても何等差し支えな
い。また、圧電体膜としてはＡ文Ｎ、Ｔ　ｉ　Ｂａｄ。

ＰｂＺｒＴｉ０．ＰｂＴｉ０．等の圧電効果を有する材
料てあれば良い事は言うまてもない。

また１本発明の効果はバイモルフ駆動するものつ のみに見出せるものてはなく、ヤオルフカンク・ディー
レル・ボール等（日本特許出願昭６２−２８１１：１８
）による静電容量駆動型のトンネル電流発生用ブローフ
、熱膨張駆動型カンチレバー等（Ｍ、Ｅｌｗｅｎｓｐｏ
ｅｋ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ＩＥＥＥ　Ｍｉｃｒ。

Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ
ｓ、１９８９．Ｆｅｂ、、Ｐ１２５）においても有効で
あることは言うまてもない。

又、上述実施例ではプローブ電極と三次元駆動機構の組
は複数てあったか、１組のみとしてそれの異常を検出す
る様にしても良い。

又、本発明は上述した記録再生装置に限られるものては
なく、観察装置、変位量測定装置（エンコータ）等、プ
ローブにて情報の人力か取り出しを行なうものすべてに
適用可能である。

［発明の効果］ 以上述へた様に本発明によれはプローブの制御不良等に
よるエラーを早期に検出てき、無駄な時間を費やす事な
く対処可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の記録再生装置の概略図、 第２図は本装置のトンネル電流発生用ブローラミ種周辺
部の概略図、 第３図は同断面図、 第４図は変位量検出手段のパターン図 第５図は三次元駆動機構の変位動作図、第６図はＹ方向
の変位量検出手段のパターン図、 第７図はＺ方向の変位量検出手段のパターン図、 第９図は本発明の第２実施例の装置におけるブローフチ
ツブシステムの概略図である。 図中 ｌ：マイクロコンピュータ− ２三次元駆動機構 ６：プローブ電極 ２２”片持ち梁カンチレバー ２３・バイモルフ圧電体膜 ２４：駆動用電極 ２５・変位量検出手段 ３１：トンネル電流検出回路 ３２：ブローノミ種制御回路 ３３：補正回路 である。 第８図は本装置の制御フローチャート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）情報担体とプローブとを対向させ、相対的に該プロ
   ーブが移動しかつ前記プローブを用いて情報担体への情
   報入力と情報担体からの情報取り出しの少なくとも一方
   を行なう装置において、相対移動する前記プローブ側の
   異常を検出する手段を有することを特徴とする情報入力
   及び／または取出し装置。 ２）更に前記情報担体とプローブとの間に電圧を印加す
   る手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の情報入力及び／または取出し装置。 ３）前記電圧印加手段の電圧印加によって前記情報担体
   上に情報を記録することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の情報入力及 び／または取出し装置。 ４）前記電圧印加手段の電圧印加によって前記情報担体
   とプローブとの間に流れるトンネル電流を検出すること
   により前記情報担体上から情報再生を行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の情報入力及び／また
   は取出し装置。 ５）更に前記プローブを前記情報担体に対し変位させる
   ように駆動する駆動手段と該駆動手段を制御する制御手
   段と前記駆動手段の駆動を検出する駆動検出手段とを有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の情報
   入力及び／または取出し装置。 ６）前記異常検出手段は前記制御手段の制御信号と前記
   駆動検出手段の検出結果とを比較して異常を検出するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の情報入力及
   び／または取出し装置。 ７）前記駆動手段は自由端側に前記プローブを支持する
   片持ちバリと前記片持ちバリを変形させる変位素子を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の情報
   入力及び／または取出し装置。 ８）前記駆動検出手段は前記片持ちバリに発生する歪を
   検出する手段を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第７項記載の情報入力及び／または取出し装置。 ９）前記歪検出手段は前記片持ちバリ上に設けられる歪
   ゲージを有することを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載の情報入力及び／または取出し装置。 １０）更に前記異常検出手段の検出結果に基づいて情報
   担体への情報入力または情報担体 からの情報取り出しを中止する手段を有す ることを特徴とする特許請求の範囲第１項 記載の情報入力及び／または取出し装置。 １１）更に前記異常検出手段の検出結果に基づいて前記
   プローブの駆動を補正する手段を 有することを特徴とする特許請求の範囲第 １項記載の情報入力及び／または取出し装 置。 １２）前記プローブは複数存在し、前記異常検出手段は
   前記複数のプローブそれぞれに設 けられていることを特徴とする特許請求の 範囲第１項記載の情報入力及び／または取 出し装置。