JPH06139630A - 微小変位素子及びその製造方法及び、それを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 - Google Patents
微小変位素子及びその製造方法及び、それを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置Info
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- JPH06139630A JPH06139630A JP31261992A JP31261992A JPH06139630A JP H06139630 A JPH06139630 A JP H06139630A JP 31261992 A JP31261992 A JP 31261992A JP 31261992 A JP31261992 A JP 31261992A JP H06139630 A JPH06139630 A JP H06139630A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速でかつ精度よい変位量をもち、基板の凹
凸によらない精度を保つことができる微小変位素子を提
供することにある。 【構成】 １つ以上の圧電体薄膜４，６に圧電薄膜を逆
圧電効果により変位させるための電極３，５，７を有す
る圧電薄膜カンチレバー状変位素子において、上面自由
端部に情報入出力用プローブ８を具備し、前記圧電薄膜
として表面の凹凸の少ないＣ軸配向性の酸化亜鉛膜を用
いることを特徴とする微小変位素子である。
凸によらない精度を保つことができる微小変位素子を提
供することにある。 【構成】 １つ以上の圧電体薄膜４，６に圧電薄膜を逆
圧電効果により変位させるための電極３，５，７を有す
る圧電薄膜カンチレバー状変位素子において、上面自由
端部に情報入出力用プローブ８を具備し、前記圧電薄膜
として表面の凹凸の少ないＣ軸配向性の酸化亜鉛膜を用
いることを特徴とする微小変位素子である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル電流検出装置
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられる微小変位素子、
及びその製造方法並びにそれを応用した大容量、高密度
の情報処理（記録再生）装置に関するものである。
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられる微小変位素子、
及びその製造方法並びにそれを応用した大容量、高密度
の情報処理（記録再生）装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年半導体プロセス技術を背景にして半
導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサー、
半導体加速度センサー、マイクロアクチュエーター等の
機械的電気素子（マイクロメカニクス）が脚光を浴びる
ようになってきた。
導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサー、
半導体加速度センサー、マイクロアクチュエーター等の
機械的電気素子（マイクロメカニクス）が脚光を浴びる
ようになってきた。
【０００３】かかる素子の特徴として、小型でかつ高精
度の機械機構部品を提供でき、かつ半導体ウエハを用い
るためにＳｉウエハ上に素子と電気回路を一体化できる
ことが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作
製することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産
性の向上を期待できる。特に微小変位素子としては、圧
電体薄膜を利用したカンチレバー状（片持ちばり）のも
のが挙げられ、これは非常に微細な動きを制御すること
が可能なので、原子レベル、分子レベルを直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと称す。）に応用
されている。例えばスタンフォード大学のクウェート等
により提案された微小変位素子を用いたＳＴＭプローブ
（ＩＥＥＥ，Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａ
ｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｐ１８８−１９９，Ｆｅ
ｂ．１９９０）がある。これは図１５に示すようにＳｉ
ウエハ１のウエハの裏面を一部除去しシリコンメンブレ
ンを形成し、表面にＡｌ３、５、７とＺｎＯ４、６の薄
膜を順次積層し、バイモルフのカンチレバーを形成しそ
の後、裏面より反応性のドライエッチによりシリコンメ
ンブレンとウエハ表面のエッチングの保護層（シリコン
窒化膜）を除去して、ＳＴＭプローブ変位用のバイモル
フカンチレバーを作製している。このカンチレバーの上
面自由端部にトンネル電流検知用探針（プローブ）を取
り付け、良好なＳＴＭ像を得ている。
度の機械機構部品を提供でき、かつ半導体ウエハを用い
るためにＳｉウエハ上に素子と電気回路を一体化できる
ことが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作
製することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産
性の向上を期待できる。特に微小変位素子としては、圧
電体薄膜を利用したカンチレバー状（片持ちばり）のも
のが挙げられ、これは非常に微細な動きを制御すること
が可能なので、原子レベル、分子レベルを直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと称す。）に応用
されている。例えばスタンフォード大学のクウェート等
により提案された微小変位素子を用いたＳＴＭプローブ
（ＩＥＥＥ，Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａ
ｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｐ１８８−１９９，Ｆｅ
ｂ．１９９０）がある。これは図１５に示すようにＳｉ
ウエハ１のウエハの裏面を一部除去しシリコンメンブレ
ンを形成し、表面にＡｌ３、５、７とＺｎＯ４、６の薄
膜を順次積層し、バイモルフのカンチレバーを形成しそ
の後、裏面より反応性のドライエッチによりシリコンメ
ンブレンとウエハ表面のエッチングの保護層（シリコン
窒化膜）を除去して、ＳＴＭプローブ変位用のバイモル
フカンチレバーを作製している。このカンチレバーの上
面自由端部にトンネル電流検知用探針（プローブ）を取
り付け、良好なＳＴＭ像を得ている。
【０００４】一方、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ダー、分子オーダーの観察
評価、微細加工（Ｅ．Ｅ．Ｅｈｒｉｃｈｓ，４ｔｈ，Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏ
ｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｒｉｎｇ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ／Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ
１３−３）及び記録再生装置の様々な分野への応用が研
究されている。なかでも、コンピューターの計算情報等
で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
ロプロセッサが小型化し、計算能力が向上したために記
録装置の小型化が望まれている。これらの要求を満たす
目的で、記録媒体との間隔が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録媒体表面の形状を変化
させる事により記録書き込みし、形状の変化によるトン
ネル電流の変化を検知することにより情報の読みだしを
行い最小記録面積が１０-4μｍ2 となる記録再生装置が
提案されている。
いは高分子材料等の原子オーダー、分子オーダーの観察
評価、微細加工（Ｅ．Ｅ．Ｅｈｒｉｃｈｓ，４ｔｈ，Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏ
ｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｒｉｎｇ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ／Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ
１３−３）及び記録再生装置の様々な分野への応用が研
究されている。なかでも、コンピューターの計算情報等
で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
ロプロセッサが小型化し、計算能力が向上したために記
録装置の小型化が望まれている。これらの要求を満たす
目的で、記録媒体との間隔が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録媒体表面の形状を変化
させる事により記録書き込みし、形状の変化によるトン
ネル電流の変化を検知することにより情報の読みだしを
行い最小記録面積が１０-4μｍ2 となる記録再生装置が
提案されている。
【０００５】また、ＳＴＭのプローブをカンチレバーの
自由端部に形成し、それぞれ独立に変位するカンチレバ
ーをマルチ化し、さらに半導体プロセスと一体化して同
一基板上にトンネル電流検知用のプローブ付きカンチレ
バーと、そのトンネル電流を増幅処理するアンプ、カン
チレバー駆動とトンネル電流の選択のためのマルチプレ
クサ、シフトレジスタ等を積載する記録再生装置が提案
されている。
自由端部に形成し、それぞれ独立に変位するカンチレバ
ーをマルチ化し、さらに半導体プロセスと一体化して同
一基板上にトンネル電流検知用のプローブ付きカンチレ
バーと、そのトンネル電流を増幅処理するアンプ、カン
チレバー駆動とトンネル電流の選択のためのマルチプレ
クサ、シフトレジスタ等を積載する記録再生装置が提案
されている。
【０００６】ここで、かかるカンチレバーの製造方法を
図を用いて説明する。図１５は一個のカンチレバー型微
小変位素子の各製造工程を示す図である。（１００）Ｓ
ｉ基板１の両面にＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3 Ｎ4 膜９を１
０００Å成膜して裏面のみをパターニングし（図１５
（ａ））、ＫＯＨ水溶液等を用いＳｉ3 Ｎ4 膜９をマス
クとしカンチレバー領域のＳｉの異方性エッチングを行
い、数１０μｍ厚のＳｉメンブレンを形成する（図１５
（ｂ））。次に表面にＡｌ等の電極層３を成膜しパター
ニングし、同様にしてＺｎＯのような圧電体薄膜層４を
スパッタで成膜しパターニングを繰り返す（図１５
（ｃ））。次に、プローブ８をマスク形成後基板を傾斜
させて成膜、あるいは成膜後マスク形成し等方性エッチ
等により形成する（図１５（ｄ））。最後に、ポリイミ
ド等で表面を覆いＳｉとＳｉ3 Ｎ4 をエッチングし、ポ
リイミドを除去する（図１５（ｅ））。
図を用いて説明する。図１５は一個のカンチレバー型微
小変位素子の各製造工程を示す図である。（１００）Ｓ
ｉ基板１の両面にＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3 Ｎ4 膜９を１
０００Å成膜して裏面のみをパターニングし（図１５
（ａ））、ＫＯＨ水溶液等を用いＳｉ3 Ｎ4 膜９をマス
クとしカンチレバー領域のＳｉの異方性エッチングを行
い、数１０μｍ厚のＳｉメンブレンを形成する（図１５
（ｂ））。次に表面にＡｌ等の電極層３を成膜しパター
ニングし、同様にしてＺｎＯのような圧電体薄膜層４を
スパッタで成膜しパターニングを繰り返す（図１５
（ｃ））。次に、プローブ８をマスク形成後基板を傾斜
させて成膜、あるいは成膜後マスク形成し等方性エッチ
等により形成する（図１５（ｄ））。最後に、ポリイミ
ド等で表面を覆いＳｉとＳｉ3 Ｎ4 をエッチングし、ポ
リイミドを除去する（図１５（ｅ））。
【０００７】以上が従来のカンチレバーの製造工程であ
る。
る。
【０００８】従来のカンチレバー型圧電素子をトンネル
顕微鏡のＳＴＭプローブとして使用する際は、その変位
量及び作動力は非常に重要となってくる。トンネル顕微
鏡は針先を数Åまで試料に近づけ、その間を流れるトン
ネル電流をモニターすることによって試料の凹凸を観察
するものである。このため、ＳＴＭプローブとしては、
高速でかつ精度よく微量変位することが望ましい。ここ
でカンチレバー型圧電素子は、酸化亜鉛膜のような圧電
体膜を逆圧電効果により変位させているので、酸化亜鉛
膜の配向性を制御しなければならない。
顕微鏡のＳＴＭプローブとして使用する際は、その変位
量及び作動力は非常に重要となってくる。トンネル顕微
鏡は針先を数Åまで試料に近づけ、その間を流れるトン
ネル電流をモニターすることによって試料の凹凸を観察
するものである。このため、ＳＴＭプローブとしては、
高速でかつ精度よく微量変位することが望ましい。ここ
でカンチレバー型圧電素子は、酸化亜鉛膜のような圧電
体膜を逆圧電効果により変位させているので、酸化亜鉛
膜の配向性を制御しなければならない。
【０００９】また、カンチレバーは構造体がすべて薄膜
であり、またその厚さは数μｍ程度である為に各薄膜に
凹凸が生じると、電極間でリーク電流を生じる等の問題
があった。
であり、またその厚さは数μｍ程度である為に各薄膜に
凹凸が生じると、電極間でリーク電流を生じる等の問題
があった。
【００１０】他に、成膜後は高温での処理を避けなけれ
ばならないため、モリブデンやタングステン等をプロー
ブ材料に用いて最後に形成する際は、ＣＶＤ等の高温で
の成膜は困難である。また上述のプローブ作製方法で
は、モリブデンまたはタングステンを高アスペクト比で
かつ先端を鋭利に再現性よく加工することが困難であっ
た。
ばならないため、モリブデンやタングステン等をプロー
ブ材料に用いて最後に形成する際は、ＣＶＤ等の高温で
の成膜は困難である。また上述のプローブ作製方法で
は、モリブデンまたはタングステンを高アスペクト比で
かつ先端を鋭利に再現性よく加工することが困難であっ
た。
【００１１】さらに、ＳｉをＫＯＨでエッチングしてか
ら金属を堆積してＳｉを除去して金属のみをプローブと
する手法もあるが、ＳｉのＫＯＨエッチ時の形状がピラ
ミッド型でありアスペクト比の高いプローブが得られ
ず、ＳＴＭプローブとしては起伏の大きい試料の測定は
困難である。また、Ｓｉをドライエッチングで高アスペ
クト比のトレンチを形成し、その溝をＳｉＯ2 、Ｓｉ3
Ｎ4 、ＳｉＣ等の絶縁性の材料を成膜してＳｉを除去し
てプローブとし、ＳＴＭ用にその上に金属を被覆する手
法においても鋭利な先端のプローブを得る事は困難であ
る。
ら金属を堆積してＳｉを除去して金属のみをプローブと
する手法もあるが、ＳｉのＫＯＨエッチ時の形状がピラ
ミッド型でありアスペクト比の高いプローブが得られ
ず、ＳＴＭプローブとしては起伏の大きい試料の測定は
困難である。また、Ｓｉをドライエッチングで高アスペ
クト比のトレンチを形成し、その溝をＳｉＯ2 、Ｓｉ3
Ｎ4 、ＳｉＣ等の絶縁性の材料を成膜してＳｉを除去し
てプローブとし、ＳＴＭ用にその上に金属を被覆する手
法においても鋭利な先端のプローブを得る事は困難であ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来例の
問題点を鑑み、本発明の目的は、高速でかつ精度よい変
位量をもち、基板の凹凸によらない精度を保つことがで
きる微小変位素子およびそれを用いたトンネル電流検出
装置及び情報処理装置を提供することにある。
問題点を鑑み、本発明の目的は、高速でかつ精度よい変
位量をもち、基板の凹凸によらない精度を保つことがで
きる微小変位素子およびそれを用いたトンネル電流検出
装置及び情報処理装置を提供することにある。
【００１３】更に、本発明は、モリブデンまたはタング
ステン等の金属を用いて、高アスペクト比で先端の鋭利
なプローブを作製し、所望の形状、大きさのプローブを
精度よくかつ再現性よく作製された微小変位素子および
それを用いたトンネル電流検出装置及び情報処理装置を
提供することにある。
ステン等の金属を用いて、高アスペクト比で先端の鋭利
なプローブを作製し、所望の形状、大きさのプローブを
精度よくかつ再現性よく作製された微小変位素子および
それを用いたトンネル電流検出装置及び情報処理装置を
提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、１
つ以上の圧電体薄膜に圧電薄膜を逆圧電効果により変位
させるための電極を有する圧電薄膜カンチレバー状変位
素子において、上面自由端部に情報入出力用プローブを
具備し、前記圧電薄膜カンチレバーとして表面の凹凸の
少ないＣ軸配向性の酸化亜鉛膜を用いることを特徴とす
る微小変位素子である（第１発明）。
つ以上の圧電体薄膜に圧電薄膜を逆圧電効果により変位
させるための電極を有する圧電薄膜カンチレバー状変位
素子において、上面自由端部に情報入出力用プローブを
具備し、前記圧電薄膜カンチレバーとして表面の凹凸の
少ないＣ軸配向性の酸化亜鉛膜を用いることを特徴とす
る微小変位素子である（第１発明）。
【００１５】また、本発明は、第１発明の微小変位素子
を、酸化亜鉛膜を成膜する基板を予め平坦化した後に電
極、酸化亜鉛膜を形成することによって製造することを
特徴とする微小変位素子の製造方法である。
を、酸化亜鉛膜を成膜する基板を予め平坦化した後に電
極、酸化亜鉛膜を形成することによって製造することを
特徴とする微小変位素子の製造方法である。
【００１６】また、本発明は、第１発明の微小変位素子
がＳｉ基板上に少なくとも２個以上２次元配置されたこ
とを特徴とするマルチ微小変位素子である。
がＳｉ基板上に少なくとも２個以上２次元配置されたこ
とを特徴とするマルチ微小変位素子である。
【００１７】また、本発明は、第１発明の微小変位素子
を電気導電体に対向配置し、該微小変位素子に微小変位
素子駆動のための駆動手段と該駆動手段を制御する制御
手段を設け、電気導電体とプローブとの間に電圧を印加
し、トンネル電流の検出結果に基づき、電気導電体表面
の情報を出力することを特徴とするトンネル電流検出装
置である。
を電気導電体に対向配置し、該微小変位素子に微小変位
素子駆動のための駆動手段と該駆動手段を制御する制御
手段を設け、電気導電体とプローブとの間に電圧を印加
し、トンネル電流の検出結果に基づき、電気導電体表面
の情報を出力することを特徴とするトンネル電流検出装
置である。
【００１８】また、本発明は、第１発明の微小変位素子
に微小変位素子駆動のための外部の駆動手段と該駆動手
段を制御する制御手段とを設け、かつプローブとの間に
印加しうる情報記録用パルス電圧印加回路を具備したこ
とを特徴とする情報処理装置である。
に微小変位素子駆動のための外部の駆動手段と該駆動手
段を制御する制御手段とを設け、かつプローブとの間に
印加しうる情報記録用パルス電圧印加回路を具備したこ
とを特徴とする情報処理装置である。
【００１９】また、本発明は、第１発明の微小変位素子
を複数個、記録媒体と対向配置し、該微細変位素子の各
々に、微小変位素子駆動のための駆動手段と該駆動手段
を制御する制御手段とを設け、かつ、記録媒体とプロー
ブとの間に印加しうる情報再生用又は情報記録用バイア
ス電圧印加回路を備えたことを特徴とする情報処理装置
である。
を複数個、記録媒体と対向配置し、該微細変位素子の各
々に、微小変位素子駆動のための駆動手段と該駆動手段
を制御する制御手段とを設け、かつ、記録媒体とプロー
ブとの間に印加しうる情報再生用又は情報記録用バイア
ス電圧印加回路を備えたことを特徴とする情報処理装置
である。
【００２０】一方、本発明は、１つ以上の圧電体薄膜に
圧電薄膜を逆圧電効果により変位させるための電極を有
する圧電薄膜カンチレバー状変位素子において、自由端
部の下電極から上面方向に向けて情報入出力用プローブ
を具備していることを特徴とする微小変位素子である
（第２発明）。
圧電薄膜を逆圧電効果により変位させるための電極を有
する圧電薄膜カンチレバー状変位素子において、自由端
部の下電極から上面方向に向けて情報入出力用プローブ
を具備していることを特徴とする微小変位素子である
（第２発明）。
【００２１】また、本発明は、第２発明の微小変位素子
を製造する方法において、第一基板表面に凹部を形成す
る工程と、次に該凹部にのみ選択的にプローブ材料を形
成する工程と、次に接合層を形成した第二基板上に第一
基板を接合する工程と、次に接合した基板表面のＳｉ
と、裏面のＳｉ3 Ｎ4 膜をマスターパターンしたＳｉと
を同時にＫＯＨ水溶液によりエッチングする工程と、次
に接合面をパターニング後、その上に圧電薄膜、電極を
積層していく工程を少なくとも含んでいることを特徴と
する微小変位素子の製造方法である。
を製造する方法において、第一基板表面に凹部を形成す
る工程と、次に該凹部にのみ選択的にプローブ材料を形
成する工程と、次に接合層を形成した第二基板上に第一
基板を接合する工程と、次に接合した基板表面のＳｉ
と、裏面のＳｉ3 Ｎ4 膜をマスターパターンしたＳｉと
を同時にＫＯＨ水溶液によりエッチングする工程と、次
に接合面をパターニング後、その上に圧電薄膜、電極を
積層していく工程を少なくとも含んでいることを特徴と
する微小変位素子の製造方法である。
【００２２】更に、本発明は、上記第１発明を第２発明
の微小変位素子に代える他は上記同様のマルチ微小変位
素子、トンネル電流検出装置及び情報処理装置である。
の微小変位素子に代える他は上記同様のマルチ微小変位
素子、トンネル電流検出装置及び情報処理装置である。
【００２３】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明の構成及び作用
を具体的に詳述する。実施例１〜３は本発明の第１の微
小変位素子に係り、実施例４〜７は本発明の第２の微小
変位素子に係る。
を具体的に詳述する。実施例１〜３は本発明の第１の微
小変位素子に係り、実施例４〜７は本発明の第２の微小
変位素子に係る。
【００２４】実施例１ 本実施例で示すものは本発明の微小変位素子である。
【００２５】図１に本発明の微小変位素子の１部分の斜
視図を示す。これは、Ｓｉ基板上に、通常のＩＣ作製プ
ロセスとＳｉの異方性エッチングとにより作製したもの
である。異方性エッチングで残った面２とＳｉ基板１に
圧電体に電圧をかけるための下電極３および中電極５と
上電極７と圧電体４、６が積層状に構成されている。８
はトンネル電流検出用プローブである。これはＳｉとの
接合面を支点としてバイモルフ型カンチレバーとなって
おり、電極に電圧を加えることによって、自由端先端部
が微小変位することができる。尚カンチレバーのサイズ
は幅２００μｍ、長さ５００μｍである。
視図を示す。これは、Ｓｉ基板上に、通常のＩＣ作製プ
ロセスとＳｉの異方性エッチングとにより作製したもの
である。異方性エッチングで残った面２とＳｉ基板１に
圧電体に電圧をかけるための下電極３および中電極５と
上電極７と圧電体４、６が積層状に構成されている。８
はトンネル電流検出用プローブである。これはＳｉとの
接合面を支点としてバイモルフ型カンチレバーとなって
おり、電極に電圧を加えることによって、自由端先端部
が微小変位することができる。尚カンチレバーのサイズ
は幅２００μｍ、長さ５００μｍである。
【００２６】上記カンチレバーの作製方法を図２を用い
て説明する。図２は薄膜カンチレバー作製前の基板製造
工程を示す図である。（１００）Ｓｉウエハ１の両面に
ＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3 Ｎ4 膜９を１０００Å成膜する
（図２（ａ））。次に裏面にパターニングしＫＯＨ水溶
液等を用いてのエッチング時のＳｉ3 Ｎ4 膜９のマスク
パターンを形成する（図２（ｂ））。その後、ＫＯＨに
よるＳｉの異方性エッチングを行い、数１０μｍ厚のＳ
ｉメンブレンを形成する（図２（ｃ））。
て説明する。図２は薄膜カンチレバー作製前の基板製造
工程を示す図である。（１００）Ｓｉウエハ１の両面に
ＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3 Ｎ4 膜９を１０００Å成膜する
（図２（ａ））。次に裏面にパターニングしＫＯＨ水溶
液等を用いてのエッチング時のＳｉ3 Ｎ4 膜９のマスク
パターンを形成する（図２（ｂ））。その後、ＫＯＨに
よるＳｉの異方性エッチングを行い、数１０μｍ厚のＳ
ｉメンブレンを形成する（図２（ｃ））。
【００２７】次に基板表面の平坦化について述べる。Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜はストレスの小さく表面の平滑な膜であるこ
とが望まれるが、成膜条件の最適化が困難で表面の荒れ
た膜が形成される場合がある。そこで表面のＳｉ3 Ｎ4
膜９上に厚さ約１μｍのフォトレジスト１０を均一に塗
布する（図２（ｄ））。この時のフォトレジストの種類
は特に工程に影響しない。塗布後、８０〜１２０℃でベ
ークすることによりフォトレジスト中の溶剤を揮発し、
以下の条件で反応性イオンエッチングにより表面のＳｉ
3 Ｎ4 膜９が露出するまでエッチングする（図２
（ｅ））。ここで重要なことは、フォトレジストとＳｉ
3 Ｎ4 のエッチレートを等しくしていることである。フ
ォトレジストの上面からエッチングしていき、Ｓｉ3 Ｎ
4 との界面まで進むと、Ｓｉ3 Ｎ4 表面の凹凸の部分は
周囲のフォトレジストと共に均一にエッチングが進行
し、Ｓｉ3 Ｎ4 に完全に達すると平坦な面が得られる
（図２（ｆ））。 エッチングガス：ＣＦ 4 ／Ｏ2 圧力 ：１７Ｐａ ＲＦパワー ：１５０Ｗ （１３．５６ＭＨｚ）
ｉ3 Ｎ4 膜はストレスの小さく表面の平滑な膜であるこ
とが望まれるが、成膜条件の最適化が困難で表面の荒れ
た膜が形成される場合がある。そこで表面のＳｉ3 Ｎ4
膜９上に厚さ約１μｍのフォトレジスト１０を均一に塗
布する（図２（ｄ））。この時のフォトレジストの種類
は特に工程に影響しない。塗布後、８０〜１２０℃でベ
ークすることによりフォトレジスト中の溶剤を揮発し、
以下の条件で反応性イオンエッチングにより表面のＳｉ
3 Ｎ4 膜９が露出するまでエッチングする（図２
（ｅ））。ここで重要なことは、フォトレジストとＳｉ
3 Ｎ4 のエッチレートを等しくしていることである。フ
ォトレジストの上面からエッチングしていき、Ｓｉ3 Ｎ
4 との界面まで進むと、Ｓｉ3 Ｎ4 表面の凹凸の部分は
周囲のフォトレジストと共に均一にエッチングが進行
し、Ｓｉ3 Ｎ4 に完全に達すると平坦な面が得られる
（図２（ｆ））。 エッチングガス：ＣＦ 4 ／Ｏ2 圧力 ：１７Ｐａ ＲＦパワー ：１５０Ｗ （１３．５６ＭＨｚ）
【００２８】以下に、下電極、中電極にＡｕ、上電極に
Ａｕ９０％Ｚｎ１０％を、圧電体にＺｎＯを用いた場合
について述べる。図３はその縦断面図、図４はその横断
面図である。
Ａｕ９０％Ｚｎ１０％を、圧電体にＺｎＯを用いた場合
について述べる。図３はその縦断面図、図４はその横断
面図である。
【００２９】下電極３として抵抗加熱法によりＣｒを３
０Å、Ａｕを１０００Å積層し、パターニングした。さ
らにＲＦマグネトロンスパッタ法により圧電体ＺｎＯ薄
膜４を５０００Å積層した。ターゲットはＺｎＯを用
い、Ａｒ＋Ｏ2 雰囲気中で成膜した。さらに抵抗加熱法
によりＡｕ電極５を２０００Å、再度スパッタ法にて圧
電体ＺｎＯ薄膜６を５０００Å積層し、パターニングを
行った。続いて、抵抗加熱法によってＡｕ９０％Ｚｎ１
０％の上電極７及び取り出し電極１１を１０００Å堆積
し、パターニングを行った。次にプローブ用電極材とし
てＰｔをスパッタし、フォトリソグラフィーとリフトオ
フによりプローブ８を作製した。その後ＫＯＨ溶液によ
るＳｉの異方性エッチングを行い、カンチレバーを作製
した。最後に、反応性イオンエッチング法により、シリ
コン窒化膜を除去した。
０Å、Ａｕを１０００Å積層し、パターニングした。さ
らにＲＦマグネトロンスパッタ法により圧電体ＺｎＯ薄
膜４を５０００Å積層した。ターゲットはＺｎＯを用
い、Ａｒ＋Ｏ2 雰囲気中で成膜した。さらに抵抗加熱法
によりＡｕ電極５を２０００Å、再度スパッタ法にて圧
電体ＺｎＯ薄膜６を５０００Å積層し、パターニングを
行った。続いて、抵抗加熱法によってＡｕ９０％Ｚｎ１
０％の上電極７及び取り出し電極１１を１０００Å堆積
し、パターニングを行った。次にプローブ用電極材とし
てＰｔをスパッタし、フォトリソグラフィーとリフトオ
フによりプローブ８を作製した。その後ＫＯＨ溶液によ
るＳｉの異方性エッチングを行い、カンチレバーを作製
した。最後に、反応性イオンエッチング法により、シリ
コン窒化膜を除去した。
【００３０】この時のＺｎＯ薄膜は走査型電子顕微鏡観
察から図５に示すように下電極から柱状構造をした結晶
で、表面も平滑である。図６に下層ＺｎＯ薄膜４上のＸ
線回折パターンを示すが、単一のＣ軸配向が強く、大き
な圧電性を持った膜が得られている。
察から図５に示すように下電極から柱状構造をした結晶
で、表面も平滑である。図６に下層ＺｎＯ薄膜４上のＸ
線回折パターンを示すが、単一のＣ軸配向が強く、大き
な圧電性を持った膜が得られている。
【００３１】次にこの微小変位素子の周波数応答性をと
ったところ、一次の共振周波数は約３．７ｋＨｚであ
り、変位量は２．５μｍ／Ｖであった。
ったところ、一次の共振周波数は約３．７ｋＨｚであ
り、変位量は２．５μｍ／Ｖであった。
【００３２】この様に、高速な応答性、精度良い変位量
の得られるカンチレバー型圧電素子を形成することがで
きた。さらに所望の応答性ならびに変位量を必要とする
場合は、カンチレバー型圧電素子の長さを変えたり、圧
電体薄膜の材料を変えたり、厚さを変える等の設計を行
えばよい。本実施例では圧電体薄膜としてＺｎＯ薄膜を
用いたが、これは、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴやＡｌＮ、Ｔ
ａ2 Ｏ5 、ＰＬＺＴ等の他の圧電材料でも構わない。
の得られるカンチレバー型圧電素子を形成することがで
きた。さらに所望の応答性ならびに変位量を必要とする
場合は、カンチレバー型圧電素子の長さを変えたり、圧
電体薄膜の材料を変えたり、厚さを変える等の設計を行
えばよい。本実施例では圧電体薄膜としてＺｎＯ薄膜を
用いたが、これは、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴやＡｌＮ、Ｔ
ａ2 Ｏ5 、ＰＬＺＴ等の他の圧電材料でも構わない。
【００３３】（比較例）実施例１と同様に作製し、基板
の平坦化の工程を除いて薄膜カンチレバーを作製し微小
変位素子を形成した。尚、この時の微小変位素子の寸法
は実施例１のものと同じにおこなった。
の平坦化の工程を除いて薄膜カンチレバーを作製し微小
変位素子を形成した。尚、この時の微小変位素子の寸法
は実施例１のものと同じにおこなった。
【００３４】この時のＺｎＯ薄膜は走査型電子顕微鏡観
察から図７に示すように基板の凹凸を反映した扇場に成
長し表面が荒れ、図８の下層ＺｎＯ薄膜４上のＸ線回折
パターンに示すようにＣ軸配向が非常に弱い混合配合と
なり圧電性が低下する。
察から図７に示すように基板の凹凸を反映した扇場に成
長し表面が荒れ、図８の下層ＺｎＯ薄膜４上のＸ線回折
パターンに示すようにＣ軸配向が非常に弱い混合配合と
なり圧電性が低下する。
【００３５】この時、約１／３のカンチレバーにおいて
電極間のリーク電流が検出された。これらはいずれも基
板の凹凸を反映しているものである。
電極間のリーク電流が検出された。これらはいずれも基
板の凹凸を反映しているものである。
【００３６】さらに、この微小変位素子の変位量は０．
３μｍ／Ｖであった。
３μｍ／Ｖであった。
【００３７】実施例２ 本実施例では、本発明の微小変位素子を用いて情報の記
録、再生等を行う情報処理装置について述べる。
録、再生等を行う情報処理装置について述べる。
【００３８】実施例１で作製した５×６＝３０本の複数
の微小変位素子をもつマルチ微小変位素子を図９に示す
情報処理装置に取り付けた。
の微小変位素子をもつマルチ微小変位素子を図９に示す
情報処理装置に取り付けた。
【００３９】１０１は媒体の基板、１０２は金属電極
層、１０３は記録層である。２０１はＸＹステージ、２
０２はマルチ微小変位素子のプローブ、２０３は微小変
位素子の支持体、２０４は微小変位素子をＺ軸方向に駆
動するリニアアクチュエーター、２０５、２０６はＸＹ
ステージをそれぞれＸ，Ｙ軸方向に駆動するリニアアク
チュエーター、２０７は記録・再生用のバイアス回路で
ある。３０１はプローブ電極から記録層１０３を介して
電極層１０２へ流れる電流を検出する記録再生用のトン
ネル電流検出器である。３０２はカンチレバーをＺ軸方
向に移動させるためのサーボ回路である。３０４は複数
のカンチレバーをＺ軸方向に動かすための駆動回路であ
り、これは、微小変位素子に駆動する電圧値を独立に制
御することができ、これにより各微小変位素子のＺ軸方
向の位置を制御することができる。３０５はＸＹステー
ジの位置制御を行う駆動回路である。３０６は、これら
の操作を制御するコンピューターである。
層、１０３は記録層である。２０１はＸＹステージ、２
０２はマルチ微小変位素子のプローブ、２０３は微小変
位素子の支持体、２０４は微小変位素子をＺ軸方向に駆
動するリニアアクチュエーター、２０５、２０６はＸＹ
ステージをそれぞれＸ，Ｙ軸方向に駆動するリニアアク
チュエーター、２０７は記録・再生用のバイアス回路で
ある。３０１はプローブ電極から記録層１０３を介して
電極層１０２へ流れる電流を検出する記録再生用のトン
ネル電流検出器である。３０２はカンチレバーをＺ軸方
向に移動させるためのサーボ回路である。３０４は複数
のカンチレバーをＺ軸方向に動かすための駆動回路であ
り、これは、微小変位素子に駆動する電圧値を独立に制
御することができ、これにより各微小変位素子のＺ軸方
向の位置を制御することができる。３０５はＸＹステー
ジの位置制御を行う駆動回路である。３０６は、これら
の操作を制御するコンピューターである。
【００４０】本実施例では、この情報処理装置にマルチ
微小変位素子を取り付け、記録媒体としてガラス基板上
にＣｒ／Ａｕを蒸着し、その上部にポリイミドＬＢ膜を
４層（約１５Å）成膜したものを用いた。記録媒体の電
極と微小変位素子の先端のプローブに１Ｖの電圧を印加
した。３０本全ての微小変位素子のプローブが、それぞ
れ１ｎＡ程度のトンネル電流になるように微小変位素子
の圧電体薄膜に電界を加えてプローブの位置をＺ軸方向
に移動させた。この際３０本に各自独立した圧電薄膜に
かけた電界の値はほとんど±１％以内の電圧であった。
微小変位素子を取り付け、記録媒体としてガラス基板上
にＣｒ／Ａｕを蒸着し、その上部にポリイミドＬＢ膜を
４層（約１５Å）成膜したものを用いた。記録媒体の電
極と微小変位素子の先端のプローブに１Ｖの電圧を印加
した。３０本全ての微小変位素子のプローブが、それぞ
れ１ｎＡ程度のトンネル電流になるように微小変位素子
の圧電体薄膜に電界を加えてプローブの位置をＺ軸方向
に移動させた。この際３０本に各自独立した圧電薄膜に
かけた電界の値はほとんど±１％以内の電圧であった。
【００４１】次に微小変位素子３０本に各自圧電薄膜を
かける電圧を同じにしたところ、それぞれのプローブの
トンネル電流値は０．１ｎＡ〜５ｎＡの範囲内におさま
っていた。
かける電圧を同じにしたところ、それぞれのプローブの
トンネル電流値は０．１ｎＡ〜５ｎＡの範囲内におさま
っていた。
【００４２】尚、この記録媒体にはパルス電圧を加える
と、記録媒体の抵抗率が２桁程度変化する特徴がある。
と、記録媒体の抵抗率が２桁程度変化する特徴がある。
【００４３】その後、プローブにパルス電圧（５Ｖ，１
μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録した。尚、
その領域は約１００Å×１００Å程度と非常に小さく、
超高密度の記録を行うことができた。
μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録した。尚、
その領域は約１００Å×１００Å程度と非常に小さく、
超高密度の記録を行うことができた。
【００４４】次に、プローブと記録媒体の電極間に１Ｖ
の電圧を印加し、トンネル電流の変化をみたところ、先
ほど記録した領域に抵抗値が変化した部分を検出した。
このように、本実施例においては、記録情報の書き込
み、読みだしが行えることが確認された。
の電圧を印加し、トンネル電流の変化をみたところ、先
ほど記録した領域に抵抗値が変化した部分を検出した。
このように、本実施例においては、記録情報の書き込
み、読みだしが行えることが確認された。
【００４５】実施例３ 本実施例では、前述した情報処理装置を使って、ＳＴＭ
として実験を行った結果について述べる。
として実験を行った結果について述べる。
【００４６】実施例２で述べた記録媒体を被観察物とし
て走査し、プローブ電極と被観察物との間に電圧を印加
し、トンネル電流値の結果を出力するとＳＴＭ像が得ら
れる。本実施例では被観察物としてＨＯＰＧを用いて、
ＳＴＭ像を得たところ、広範囲にわたって像を原子オー
ダーで観察でき、さらに安定な像が得られた。
て走査し、プローブ電極と被観察物との間に電圧を印加
し、トンネル電流値の結果を出力するとＳＴＭ像が得ら
れる。本実施例では被観察物としてＨＯＰＧを用いて、
ＳＴＭ像を得たところ、広範囲にわたって像を原子オー
ダーで観察でき、さらに安定な像が得られた。
【００４７】さらに、耐久性も向上し、長時間にわたっ
て観察することができた。
て観察することができた。
【００４８】実施例４ 本実施例で示すものは本発明の微小変位素子である。
【００４９】図１０に本発明の微小変位素子の１部分の
斜視図を示す。これは、図１で示したものと同様に、Ｓ
ｉ基板上に通常のＩＣ作製プロセスとＳｉの異方性エッ
チングとにより作製したもので、図中の符号は図１と同
様であり、カンチレバーのサイズは幅２００μｍ、長さ
５００μｍである。
斜視図を示す。これは、図１で示したものと同様に、Ｓ
ｉ基板上に通常のＩＣ作製プロセスとＳｉの異方性エッ
チングとにより作製したもので、図中の符号は図１と同
様であり、カンチレバーのサイズは幅２００μｍ、長さ
５００μｍである。
【００５０】上記カンチレバーの作製方法を図１１、１
２を用いて説明する。まず、熱酸化膜を約１μｍ形成さ
れた（１００）Ｓｉウエハを第一基板１３として用意す
る（図１１（ａ））。続いて熱酸化膜１４の所望の箇所
をフォトリソグラフィーとドライエッチングによりパタ
ーン形成し、部分的にＳｉ１を露出する。熱酸化膜のマ
スク１４を用いて、下記の条件でドライエッチングする
ことにより、Ｓｉ基板１中に約２〜１５μｍの深さの先
細りのトレンチ１５を形成する（図１１（ｂ））。 エッチングガス：ＨＢｒ／ＳｉＦ4 圧力 ：１３Ｐａ ＲＦパワー ：５００Ｗ （１３．５６ＭＨｚ）
２を用いて説明する。まず、熱酸化膜を約１μｍ形成さ
れた（１００）Ｓｉウエハを第一基板１３として用意す
る（図１１（ａ））。続いて熱酸化膜１４の所望の箇所
をフォトリソグラフィーとドライエッチングによりパタ
ーン形成し、部分的にＳｉ１を露出する。熱酸化膜のマ
スク１４を用いて、下記の条件でドライエッチングする
ことにより、Ｓｉ基板１中に約２〜１５μｍの深さの先
細りのトレンチ１５を形成する（図１１（ｂ））。 エッチングガス：ＨＢｒ／ＳｉＦ4 圧力 ：１３Ｐａ ＲＦパワー ：５００Ｗ （１３．５６ＭＨｚ）
【００５１】トレンチの形状が後の微小プローブの形状
に反映するので、ドライエッチングの条件が重要とな
る。ここでは、磁場印加のＲＩＥ装置を用い、基板をク
ランプして基板裏面を−２０℃に冷却したＨｅを充填し
て冷却を行っている。この基板温度によってもトレンチ
の形状が異なる。当ドライエッチングにより、８インチ
ウエハにおいて１５μｍの深さのトレンチで±０．３μ
ｍの精度で作製できる。トレンチのエッチングの他の方
法では、マイクロ波プラズマエッチングやＥＣＲ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ）でも条件の選択により同様の効果が得られる。
に反映するので、ドライエッチングの条件が重要とな
る。ここでは、磁場印加のＲＩＥ装置を用い、基板をク
ランプして基板裏面を−２０℃に冷却したＨｅを充填し
て冷却を行っている。この基板温度によってもトレンチ
の形状が異なる。当ドライエッチングにより、８インチ
ウエハにおいて１５μｍの深さのトレンチで±０．３μ
ｍの精度で作製できる。トレンチのエッチングの他の方
法では、マイクロ波プラズマエッチングやＥＣＲ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ）でも条件の選択により同様の効果が得られる。
【００５２】次にプローブ材料としてＭｏをＭｏＦ6 ／
Ｈ2 ガスを用いてＬＰＣＶＤ装置でＳｉのトレンチ部分
のみに選択成長させる（図１１（ｃ））。
Ｈ2 ガスを用いてＬＰＣＶＤ装置でＳｉのトレンチ部分
のみに選択成長させる（図１１（ｃ））。
【００５３】次にＳｉウエハ両面の熱酸化膜をＨＦ：Ｎ
Ｈ4 Ｆ＝１：５溶液で全部除去した。続いて接合層とし
て抵抗加熱法によりＣｒを３０Å、Ａｕを１０００Å堆
積した（図１１（ｄ））。
Ｈ4 Ｆ＝１：５溶液で全部除去した。続いて接合層とし
て抵抗加熱法によりＣｒを３０Å、Ａｕを１０００Å堆
積した（図１１（ｄ））。
【００５４】次に第二基板１７として（１００）Ｓｉウ
エハ１の両面にＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3 Ｎ4 膜９を１０
００Å成膜した（図１２（ａ））。この表面に接合層１
６として抵抗加熱法によりＣｒを３０Å、Ａｕを１００
０Å積層した（図１２（ｂ））。続いて、第一基板上の
Ａｕと第二基板上の接合層（Ａｕ）とを合わせ、接合を
行った（図１２（ｃ））。さらに、表面のＳｉをＫＯＨ
で数１０μｍエッチングしておく。
エハ１の両面にＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3 Ｎ4 膜９を１０
００Å成膜した（図１２（ａ））。この表面に接合層１
６として抵抗加熱法によりＣｒを３０Å、Ａｕを１００
０Å積層した（図１２（ｂ））。続いて、第一基板上の
Ａｕと第二基板上の接合層（Ａｕ）とを合わせ、接合を
行った（図１２（ｃ））。さらに、表面のＳｉをＫＯＨ
で数１０μｍエッチングしておく。
【００５５】次に裏面にパターニングしＫＯＨ水溶液等
を用いてのエッチング時のＳｉ3 Ｎ4 膜９のマスクパタ
ーンを形成した（図１２（ｄ））。その後、ＫＯＨによ
るエッチングを行い、表面のＳｉを全てエッチングした
ところで停止し、裏面に数１０μｍ厚のＳｉメンブレン
を形成した（図１２（ｅ））。
を用いてのエッチング時のＳｉ3 Ｎ4 膜９のマスクパタ
ーンを形成した（図１２（ｄ））。その後、ＫＯＨによ
るエッチングを行い、表面のＳｉを全てエッチングした
ところで停止し、裏面に数１０μｍ厚のＳｉメンブレン
を形成した（図１２（ｅ））。
【００５６】以下に、中電極Ａｕ、上電極にＡｕ９０％
Ｚｎ１０％を、圧電体にＺｎＯを用いた場合について述
べる。図１３はその縦断面図、図１４はその横断面図で
ある。
Ｚｎ１０％を、圧電体にＺｎＯを用いた場合について述
べる。図１３はその縦断面図、図１４はその横断面図で
ある。
【００５７】図１２（ｅ）の表面のＡｕ１６を下電極３
及び取り出し電極１２として、パターニングした。さら
にＲＦマグネトロンスパッタ法により圧電体ＺｎＯ薄膜
４を５０００Å積層した。ターゲットはＺｎＯを用い、
Ａｒ＋Ｏ2 雰囲気中で成膜した。さらに抵抗加熱法によ
りＡｕ電極５を２０００Å、再度スパッタ法にて圧電体
ＺｎＯ薄膜６を５０００Å積層し、パターニングを行っ
た。続いて、抵抗加熱法によってＡｕ９０％Ｚｎ１０％
の上電極７を１０００Å堆積し、パターニングを行っ
た。その後ＫＯＨ溶液によるＳｉの異方性エッチングを
行い、カンチレバーを作製した。最後に、反応性イオン
エッチング法により、シリコン窒化膜９を除去した。
及び取り出し電極１２として、パターニングした。さら
にＲＦマグネトロンスパッタ法により圧電体ＺｎＯ薄膜
４を５０００Å積層した。ターゲットはＺｎＯを用い、
Ａｒ＋Ｏ2 雰囲気中で成膜した。さらに抵抗加熱法によ
りＡｕ電極５を２０００Å、再度スパッタ法にて圧電体
ＺｎＯ薄膜６を５０００Å積層し、パターニングを行っ
た。続いて、抵抗加熱法によってＡｕ９０％Ｚｎ１０％
の上電極７を１０００Å堆積し、パターニングを行っ
た。その後ＫＯＨ溶液によるＳｉの異方性エッチングを
行い、カンチレバーを作製した。最後に、反応性イオン
エッチング法により、シリコン窒化膜９を除去した。
【００５８】上述した方法により作製したプローブは走
査型電子顕微鏡観察から、先端が鋭利に形成されている
プローブを確認した。尚、プローブの先端曲率半径は
０．０４μｍ、高さは１０μｍであった。
査型電子顕微鏡観察から、先端が鋭利に形成されている
プローブを確認した。尚、プローブの先端曲率半径は
０．０４μｍ、高さは１０μｍであった。
【００５９】次にこの微小変位素子の周波数応答性をと
ったところ一次の共振周波数は約３．８ｋＨｚであり、
変位量は２．０μｍ／Ｖであった。
ったところ一次の共振周波数は約３．８ｋＨｚであり、
変位量は２．０μｍ／Ｖであった。
【００６０】この様に、先端の鋭利な、高アスペクト比
のプローブを具備したカンチレバー型変位素子を形成す
ることができた。さらに所望のプローブ形状ならびに大
きさを必要とする場合は、Ｓｉトレンチの形状を変えた
り、深さを変える等の設計を行えばよい。本実施例では
圧電体薄膜としてＺｎＯ薄膜を用いたが、これは、Ｐｂ
ＴｉＯ3 、ＰＺＴやＡｌＮ、Ｔａ2 Ｏ5 、ＰＬＺＴ等の
他の圧電材料でも構わない。
のプローブを具備したカンチレバー型変位素子を形成す
ることができた。さらに所望のプローブ形状ならびに大
きさを必要とする場合は、Ｓｉトレンチの形状を変えた
り、深さを変える等の設計を行えばよい。本実施例では
圧電体薄膜としてＺｎＯ薄膜を用いたが、これは、Ｐｂ
ＴｉＯ3 、ＰＺＴやＡｌＮ、Ｔａ2 Ｏ5 、ＰＬＺＴ等の
他の圧電材料でも構わない。
【００６１】実施例５ 前記カンチレバーの第二の作製方法を説明する。熱酸化
膜のマスク１４を用いて、ドライエッチングすることに
より、Ｓｉ基板１中に約２〜１５μｍの深さの先細りの
トレンチ１５を形成するまでは実施例４と同様である
（図１１（ｂ））。
膜のマスク１４を用いて、ドライエッチングすることに
より、Ｓｉ基板１中に約２〜１５μｍの深さの先細りの
トレンチ１５を形成するまでは実施例４と同様である
（図１１（ｂ））。
【００６２】次にプローブ材料としてＷをＷＦ6 ／
Ｈ2 、ＷＦ6 ／ＳｉＨ4 、ＷＦ6 ／ＳｉＨ4 ／ＳｉＦ4
等のガスを用いてＬＰＣＶＤ装置でＳｉのトレンチ部分
のみに選択成長させる（図１１（ｃ））。
Ｈ2 、ＷＦ6 ／ＳｉＨ4 、ＷＦ6 ／ＳｉＨ4 ／ＳｉＦ4
等のガスを用いてＬＰＣＶＤ装置でＳｉのトレンチ部分
のみに選択成長させる（図１１（ｃ））。
【００６３】この後の工程も実施例４に準じて作製し、
この時のプローブは走査型電子顕微鏡観察から、先端が
鋭利に形成されているプローブを確認した。尚、プロー
ブの先端曲率半径は０．０３μｍ、高さは１０μｍであ
った。
この時のプローブは走査型電子顕微鏡観察から、先端が
鋭利に形成されているプローブを確認した。尚、プロー
ブの先端曲率半径は０．０３μｍ、高さは１０μｍであ
った。
【００６４】次にこの微小変位素子の周波数応答性をと
ったところ一次の共振周波数は約３．８ｋＨｚであり、
変位量は２．０μｍ／Ｖであった。
ったところ一次の共振周波数は約３．８ｋＨｚであり、
変位量は２．０μｍ／Ｖであった。
【００６５】実施例６ 本実施例では、本発明の微小変位素子を用いて情報の記
録、再生等を行う情報処理装置について述べる。
録、再生等を行う情報処理装置について述べる。
【００６６】実施例４または５で作製した５×６＝３０
本の複数の微小変位素子をもつマルチ微小変位素子を図
９に示す情報処理装置に取り付けた。
本の複数の微小変位素子をもつマルチ微小変位素子を図
９に示す情報処理装置に取り付けた。
【００６７】本実施例では、この情報処理装置にマルチ
微小変位素子を取り付け、記録媒体としてガラス基板上
にＣｒ／Ａｕを蒸着し、その上部にポリイミドＬＢ膜を
４層（約１５Å）成膜したものを用いた。記録媒体の電
極と微小変位素子の先端のプローブに１Ｖの電圧を印加
した。３０本全ての微小変位素子のプローブが、それぞ
れ１ｎＡ程度のトンネル電流になるように微小変位素子
の圧電体薄膜に電界を加えてプローブの位置をＺ軸方向
に移動させた。この際３０本に各自独立に圧電薄膜にか
けた電界の値はほとんど±１％以内の電圧であった。ま
た、３０本のプローブの高さは±２％以内の均一性で得
られている。
微小変位素子を取り付け、記録媒体としてガラス基板上
にＣｒ／Ａｕを蒸着し、その上部にポリイミドＬＢ膜を
４層（約１５Å）成膜したものを用いた。記録媒体の電
極と微小変位素子の先端のプローブに１Ｖの電圧を印加
した。３０本全ての微小変位素子のプローブが、それぞ
れ１ｎＡ程度のトンネル電流になるように微小変位素子
の圧電体薄膜に電界を加えてプローブの位置をＺ軸方向
に移動させた。この際３０本に各自独立に圧電薄膜にか
けた電界の値はほとんど±１％以内の電圧であった。ま
た、３０本のプローブの高さは±２％以内の均一性で得
られている。
【００６８】次に微小変位素子３０本に各自圧電薄膜に
かける電圧を同じにしたところ、それぞれのプローブの
トンネル電流値は０．１ｎＡ〜５ｎＡの範囲内におさま
っていた。
かける電圧を同じにしたところ、それぞれのプローブの
トンネル電流値は０．１ｎＡ〜５ｎＡの範囲内におさま
っていた。
【００６９】尚、この記録媒体にはパルス電圧を加える
と、記録媒体の抵抗率が２桁程度変化する特徴がある。
と、記録媒体の抵抗率が２桁程度変化する特徴がある。
【００７０】その後、プローブにパルス電圧（５Ｖ，１
μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録した。尚、
その領域は約１００Å×１００Å程度と非常に小さく、
超高密度の記録を行うことができた。
μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録した。尚、
その領域は約１００Å×１００Å程度と非常に小さく、
超高密度の記録を行うことができた。
【００７１】次に、プローブと記録媒体の電極間に１Ｖ
の電圧を印加し、トンネル電流の変化をみたところ、先
ほど記録した領域に抵抗値が変化した部分を検出した。
このように、本実施例においては、記録情報の書き込
み、読みだしが行えることを確認した。
の電圧を印加し、トンネル電流の変化をみたところ、先
ほど記録した領域に抵抗値が変化した部分を検出した。
このように、本実施例においては、記録情報の書き込
み、読みだしが行えることを確認した。
【００７２】実施例７ 本実施例では、前述した情報処理装置を使って、ＳＴＭ
として実験を行った結果について述べる。
として実験を行った結果について述べる。
【００７３】実施例６で述べた記録媒体を被観察物とし
て走査し、プローブ電極と被観察物との間に電圧を印加
し、トンネル電流値の結果を出力するとＳＴＭ像が得ら
れる。本実施例では被観察物としてＨＯＰＧを用いて、
ＳＴＭ像を得たところ、広範囲にわたって像を原子オー
ダーで観察でき、さらに安定な像が得られた。
て走査し、プローブ電極と被観察物との間に電圧を印加
し、トンネル電流値の結果を出力するとＳＴＭ像が得ら
れる。本実施例では被観察物としてＨＯＰＧを用いて、
ＳＴＭ像を得たところ、広範囲にわたって像を原子オー
ダーで観察でき、さらに安定な像が得られた。
【００７４】さらに、プローブの耐久性も向上し、長時
間にわたって観察することができた。
間にわたって観察することができた。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の微
小変位素子及びその製造方法によってカンチレバーを形
成することにより、 ＺｎＯの配向性が向上し、変位量を大きくすることが
できる。 基板の凹凸によらず平坦な膜が得られ、電極間のリー
クを最小限に押さえることができる。
小変位素子及びその製造方法によってカンチレバーを形
成することにより、 ＺｎＯの配向性が向上し、変位量を大きくすることが
できる。 基板の凹凸によらず平坦な膜が得られ、電極間のリー
クを最小限に押さえることができる。
【００７６】更に、かかる微小変位素子を用いた情報処
理装置、トンネル電流検出装置においては、 変位量に対するカンチレバー型プローブの長さを短く
することができるため、複数のプローブの密度を上げる
ことができ、小型にすることが可能である。 変位量に対するカンチレバー型プローブの長さを短く
することができるため、共振周波数を上げることがで
き、プローブの応答速度が向上する。 カンチレバー型プローブの変位量に対して駆動電圧を
小さくすることが可能なため、駆動電圧に起因するトン
ネル電流へのノイズを低下させることができる。
理装置、トンネル電流検出装置においては、 変位量に対するカンチレバー型プローブの長さを短く
することができるため、複数のプローブの密度を上げる
ことができ、小型にすることが可能である。 変位量に対するカンチレバー型プローブの長さを短く
することができるため、共振周波数を上げることがで
き、プローブの応答速度が向上する。 カンチレバー型プローブの変位量に対して駆動電圧を
小さくすることが可能なため、駆動電圧に起因するトン
ネル電流へのノイズを低下させることができる。
【００７７】また、本発明の第２の微小変位素子及びそ
の製造方法によってカンチレバーを形成することによ
り、 Ｓｉのトレンチエッチの形状、深さを制御することに
より、所望の形状、大きさのプローブを形成でき、小さ
い曲率半径のプローブを得ることもできる。 モリブデンまたはタングステン等の金属の選択ＣＶＤ
法によるＳｉトレンチ部分の埋め込み方法により高アス
ペクト比の埋め込みが可能になり、さらに選択的に形成
できるので加工工程を省略できる。 Ｓｉトレンチエッチングの際の高均一性の加工によ
り、マルチ微小変位素子においても高均一なプローブを
形成できる。 接合技術により、予めモリブデンまたはタングステン
等のプローブを形成してからカンチレバーを作製でき、
圧電体薄膜等への温度の影響を無視できる。
の製造方法によってカンチレバーを形成することによ
り、 Ｓｉのトレンチエッチの形状、深さを制御することに
より、所望の形状、大きさのプローブを形成でき、小さ
い曲率半径のプローブを得ることもできる。 モリブデンまたはタングステン等の金属の選択ＣＶＤ
法によるＳｉトレンチ部分の埋め込み方法により高アス
ペクト比の埋め込みが可能になり、さらに選択的に形成
できるので加工工程を省略できる。 Ｓｉトレンチエッチングの際の高均一性の加工によ
り、マルチ微小変位素子においても高均一なプローブを
形成できる。 接合技術により、予めモリブデンまたはタングステン
等のプローブを形成してからカンチレバーを作製でき、
圧電体薄膜等への温度の影響を無視できる。
【図１】本発明の微小変位素子の斜視図である。
【図２】本発明の微小変位素子の作製工程を示す模式図
である。
である。
【図３】本発明の微小変位素子の縦断面図である。
【図４】本発明の微小変位素子の横断面図である。
【図５】本発明の微小変位素子の酸化亜鉛薄膜の断面図
である。
である。
【図６】図５における酸化亜鉛薄膜のＸ線回折パターン
である。
である。
【図７】比較例での酸化亜鉛薄膜の断面図である。
【図８】図７における酸化亜鉛薄膜のＸ線回折パターン
である。
である。
【図９】本発明の情報処理装置のブロック図である。
【図１０】本発明の微小変位素子の斜視図である。
【図１１】本発明の微小変位素子の作製工程を示す模式
図である。
図である。
【図１２】本発明の微小変位素子の作製工程を示す模式
図である。
図である。
【図１３】本発明の微小変位素子の縦断面図である。
【図１４】本発明の微小変位素子の横断面図である。
【図１５】従来例の微小変位素子の作製工程を示す模式
図である。
図である。
１ Ｓｉ基板 ２ エッチング面 ３ 下部電極 ４ 圧電体薄膜 ５ 中電極 ６ 圧電体薄膜 ７ 上部電極 ８ プローブ ９ Ｓｉ3 Ｎ4 薄膜 １０ フォトレジスト １１ 取り出し電極 １２ 取り出し電極 １３ 第一基板 １４ 熱酸化膜 １５ トレンチ １６ 接合層 １７ 第二基板 １０１ 記録媒体基板 １０２ 金属電極層 １０３ 記録層 ２０１ ＸＹステージ ２０２ プローブ電極 ２０３ 支持体 ２０４ Ｚ軸方向リニアアクチュエーター ２０５ Ｘ軸方向リニアアクチュエーター ２０６ Ｙ軸方向リニアアクチュエーター ２０７ 記録再生用バイアス回路 ３０１ トンネル電流検出器 ３０２ サーボ回路 ３０３ サーボ回路 ３０４ 駆動回路 ３０５ 駆動回路 ３０６ コンピューター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/24 // Ｇ０１Ｂ 21/30 Ｚ 9106−2Ｆ (72)発明者 柳沢 芳浩 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山本 敬介 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中山 優 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (16)
- 【請求項１】 １つ以上の圧電体薄膜に圧電薄膜を逆圧
電効果により変位させるための電極を有する圧電薄膜カ
ンチレバー（片持ちばり）状変位素子において、上面自
由端部に情報入出力用プローブを具備し、前記圧電薄膜
として表面の凹凸の少ないＣ軸配向性の酸化亜鉛膜を用
いることを特徴とする微小変位素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の微小変位素子を、酸化
亜鉛膜を成膜する基板を予め平坦化した後に電極、酸化
亜鉛膜を形成することによって製造することを特徴とす
る微小変位素子の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の微小変位素子が、Ｓｉ
基板上に少なくとも２個以上２次元配置されたことを特
徴とするマルチ微小変位素子。 - 【請求項４】 請求項１に記載の微小変位素子を電気導
電体に対向配置し、該微小変位素子に微小変位素子駆動
のための駆動手段と該駆動手段を制御する制御手段を設
け、電気導電体とプローブとの間に電圧を印加し、トン
ネル電流の検出結果に基づき、電気導電体表面の情報を
出力することを特徴とするトンネル電流検出装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載の微小変位素子に微細変
位素子駆動のための外部の駆動手段と該駆動手段を制御
する制御手段とを設け、かつプローブとの間に印加しう
る情報記録用パルス電圧印加回路を具備したことを特徴
とする情報処理装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載の微小変位素子を複数
個、記録媒体と対向配置し、該微小変位素子の各々に、
微小変位素子駆動のための駆動手段と該駆動手段を制御
する制御手段とを設け、かつ、記録媒体とプローブとの
間に印加しうる情報再生用バイアス電圧印加回路を備え
たことを特徴とする情報処理装置。 - 【請求項７】 請求項１に記載の微小変位素子を複数
個、記録媒体と対向配置し、該微小変位素子の各々に、
微小変位素子駆動のための駆動手段と該駆動手段を制御
する制御手段とを設け、かつ、記録媒体とプローブとの
間に印加しうる情報記録用バイアス電圧印加回路を備え
たことを特徴とする情報処理装置。 - 【請求項８】 前記制御手段が、記録媒体とプローブと
の間に流れるトンネル電流の検出結果に基づき、前記微
小変位素子を変位させるためのバイアス電圧を変化さ
せ、その信号を微小変位素子を構成する電極に与えるも
のであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記
載の情報処理装置。 - 【請求項９】 １つ以上の圧電体薄膜に圧電薄膜を逆圧
電効果により変位させるための電極を有する圧電薄膜カ
ンチレバー（片持ちばり）状変位素子において、自由端
部の下電極から上面方向に向けて情報入出力用プローブ
を具備していることを特徴とする微小変位素子。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の微小変位素子を製造
する方法において、 第一基板表面に凹部を形成する工程と、 次に該凹部にのみ選択的にプローブ材料を形成する工程
と、 次に接合層を形成した第二基板上に第一基板を接合する
工程と、 次に接合した基板表面のＳｉと、裏面のＳｉ3 Ｎ4 膜を
マスターパターンしたＳｉとを同時にＫＯＨ水溶液によ
りエッチングする工程と、 次に接合面をパターニング後、その上に圧電薄膜、電極
を積層していく工程を少なくとも含んでいることを特徴
とする微小変位素子の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項９に記載の微小変位素子が、Ｓ
ｉ基板上に少なくとも２個以上２次元配置されたことを
特徴とするマルチ微小変位素子。 - 【請求項１２】 請求項９に記載の微小変位素子を電気
導電体に対向配置し、該微小変位素子に微小変位素子駆
動のための駆動手段と該駆動手段を制御する制御手段を
設け、電気導電体とプローブとの間に電圧を印加し、ト
ンネル電流の検出結果に基づき、電気導電体表面の情報
を出力することを特徴とするトンネル電流検出装置。 - 【請求項１３】 請求項９に記載の微小変位素子に微小
変位素子駆動のための外部の駆動手段と該駆動手段を制
御する制御手段とを設け、かつプローブとの間に印加し
うる情報記録用パルス電圧印加回路を具備したことを特
徴とする情報処理装置。 - 【請求項１４】 請求項９に記載の微小変位素子を複数
個、記録媒体と対向配置し、該微小変位素子の各々に、
微小変位素子駆動のための駆動手段と該駆動手段を制御
する制御手段とを設け、かつ、記録媒体とプローブとの
間に印加しうる情報再生用バイアス電圧印加回路を備え
たことを特徴とする情報処理装置。 - 【請求項１５】 請求項９に記載の微小変位素子を複数
個、記録媒体と対向配置し、該微小変位素子の各々に、
微小変位素子駆動のための駆動手段と該駆動手段を制御
する制御手段とを設け、かつ、記録媒体とプローブとの
間に印加しうる情報記録用バイアス電圧印加回路を備え
たことを特徴とする情報処理装置。 - 【請求項１６】 前記制御手段が、記録媒体とプローブ
との間に流れるトンネル電流の検出結果に基づき、前記
微小変位素子を変位させるためのバイアス電圧を変化さ
せ、その信号を微小変位素子を構成する電極に与えるも
のであることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか
に記載の情報処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31261992A JPH06139630A (ja) | 1992-10-29 | 1992-10-29 | 微小変位素子及びその製造方法及び、それを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31261992A JPH06139630A (ja) | 1992-10-29 | 1992-10-29 | 微小変位素子及びその製造方法及び、それを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06139630A true JPH06139630A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=18031385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31261992A Pending JPH06139630A (ja) | 1992-10-29 | 1992-10-29 | 微小変位素子及びその製造方法及び、それを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06139630A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7459833B2 (en) | 2004-02-12 | 2008-12-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thin film piezoelectric actuator |
| JP2013201346A (ja) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Ulvac Japan Ltd | 圧電素子及び圧電素子の製造方法 |
| JP2022532365A (ja) * | 2019-05-15 | 2022-07-14 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト | 強誘電体センサ |
-
1992
- 1992-10-29 JP JP31261992A patent/JPH06139630A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7459833B2 (en) | 2004-02-12 | 2008-12-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thin film piezoelectric actuator |
| JP2013201346A (ja) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Ulvac Japan Ltd | 圧電素子及び圧電素子の製造方法 |
| JP2022532365A (ja) * | 2019-05-15 | 2022-07-14 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト | 強誘電体センサ |
| US12209913B2 (en) | 2019-05-15 | 2025-01-28 | Tdk Electronics Ag | Piezoelectric device having a support with a neutral fiber |
| US12436034B2 (en) | 2019-05-15 | 2025-10-07 | Tdk Electronics Ag | Ferroelectric sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000801 |