米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> 株式会社日立製作所

発明の名称 表面加工装置および記録装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−96714
公開日 平成6年(1994)4月8日
出願番号 特願平4−244508
出願日 平成4年(1992)9月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 小柳 肇 / 保坂 純男 / 井村 亮
要約 目的
本発明は、導体から絶縁体まで計測できるSPMを用いた表面微細加工および情報記録に関し、nmオ−ダもしくは原子レベルの表面加工技術および大気中且つ常温で安定に動作する、記録単位がnmオ−ダもしくは原子レベルの高密度記録が高速で行なえる情報記録装置および半導体デバイス加工装置を提供することにある。

構成
導電性プロ−ブ1を持った導体から絶縁体まで計測できるSPM装置と、加工対象試料4と、プロ−ブと試料間に電圧を印加するための電圧印加装置12から構成される。
特許請求の範囲
【請求項1】走査型プロ−ブ顕微鏡において、絶縁性のプロ−ブに電荷を供給するために、プロ−ブを多層構造として表面に導体層を設け、そのプロ−ブ先端と試料表面の間に電圧を印加するための電圧印加手段を構成して、試料表面を加工することを特徴とする表面加工装置。
【請求項2】請求項1記載の表面加工装置において、前記プロ−ブ先端と試料表面の間に作用する力を検出物理量とし、プロ−ブもしくは試料表面を走査することを特徴とする表面加工装置。
【請求項3】請求項1記載の表面加工装置において、試料表面と相互作用する光を検出物理量とし、プロ−ブもしくは試料表面を走査することを特徴とする表面加工装置。
【請求項4】請求項1記載の表面加工装置において、プロ−ブ先端と試料表面との間を伝導する熱量を検出物理量とし、プロ−ブもしくは試料表面を走査することを特徴とする表面加工装置。
【請求項5】請求項1記載の表面加工装置において、プロ−ブを試料表面に接近させ、斥力により発生する音あるいは歪波を検出物理量とし、プロ−ブもしくは試料表面を走査することを特徴とする表面加工装置。
【請求項6】請求項1記載の表面加工装置において、絶縁性のプロ−ブに電気的な導電性を持たせるためにプロ−ブを第二の導電性材料でコ−ティングし、また加工時にはそのコ−ティング材料が試料表面への物質供給源となることを特徴とする表面加工装置。
【請求項7】プロ−ブはSiO2、Si3N4等の絶縁性材料から成り、そのプロ−ブに電気的な導電性を待たせるために表面に設けられた導体層がAu、Ga等の導電性材料から成ることを特徴とする請求項6記載の表面加工装置。
【請求項8】情報を蓄積するための試料表面と、絶縁性のプロ−ブに電荷を供給するために、プロ−ブを多層構造として表面に導体層を設け、そのプロ−ブ先端と試料表面の間に電圧を印加するための電圧印加手段を構成して、上記試料表面に外部信号に従って情報を記録するための記録手段と、上記試料表面から情報を検出するための検出手段とを有することを特徴とする記録装置。
【請求項9】請求項8記載の記録装置を用いて試料表面に形成された凹凸構造を2進情報の"1"、"0"に対応させることを特徴とする記録装置。
【請求項10】請求項8記載の記録装置を用いて試料表面に形成された凹凸構造を3進情報に対応させることを特徴とする記録装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は微細加工技術とその技術を応用した情報の記録装置に係り、特に導体から絶縁体までの全ての物質を観察しうる走査型プロ−ブ顕微鏡を用いた加工および大容量の情報を記録、再生する記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、情報記録装置として磁気ディスク及び光ディスクが広く普及している。しかし、ヘッド媒体間のスペ−シングや検出出力の実用限界と光の回折限界等から、その記録密度は何れも100Gb/in2が限界と考えられ、現在の推移で高密度化が進むと、21世紀初頭には記録限界に達すると予想される。従って、21世紀にむけてTb/in2級の新しい情報記録技術が必要とされている。
【0003】このような状況の下、走査型プロ−ブ顕微鏡(Scanning Probe Microscope:SPM)を用いた微細加工技術に注目が集められている。SPMを用いた加工技術としては走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope:STM)によるものが主である。STMに関する技術は米国特許第4,343,993号にある。
【0004】STMを用いた表面加工技術および記録技術の一例が特開昭61-80536号公報に示されている。それは、原子の吸着、解離現象を利用したものである。記録方法としては、電子顕微鏡内に採用されるような従来の電子光学装置により発生される電子ビ−ムやSTMの探針からのトンネル電流を利用して原子を結晶表面に吸着あるいは吸着原子を結晶表面から解離させ、吸着原子の有無を記録情報の"1"、"0"に対応させる。読出し方法としては、STMにより吸着原子の有無を読み取る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、SPMを用いた微細加工技術はSTMを用いたものに限られている、低温や高真空等の外部からの影響がなるべくない環境下で清浄な試料表面を必要とする、情報の書き込みの際に通常の動作状態よりも探針を記録媒体面に近づける作業が必要であり高速化が要求される情報記録において記録時間が長くなる、記録媒体として絶縁体を使用することができず媒体の選択が制限される等の問題がある。
【0006】本発明の目的は、導体から絶縁体までの全ての物質を観察できるSPMを用いたnmオ−ダもしくは原子レベルの微細加工技術およびその微細加工技術を用いた大気中且つ常温で安定に動作する、記録単位がnmオ−ダもしくは原子レベルの高密度記録が高速で行なえる情報記録装置およびその記録媒体を提供することにある【0007】。
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を有する。
【0008】導体から絶縁体までの全ての物質を観察できるSPMにおいて、先端に電荷が供給されるように絶縁性の探針に導電性を持たせ、探針と試料表面の間に電圧を印加するための電圧印加装置とからなることを特徴とする。
【0009】上記装置で探針に導電性を持たせるために導電性材料でコ−ティングし、また加工時にはそのコ−ティング材料が試料表面への物質供給源となるように作用する。
【0010】
【作用】導体から絶縁体までの全ての物質を観察できるSPMの探針に導電性を持たせることは、探針先端に電荷を供給するように作用し、電気的にnmオ−ダあるいは原子レベルの表面加工が可能となる。
【0011】SPMの探針を導電性材料でコ−ティングすることは、そのコ−ティング材料が試料表面への物質供給源となるように作用する。
【0012】その加工技術を用いて情報の記録を行うことは、大気中常温で高速且つ安定に高密度情報記録ができるように作用する。
【0013】以上の作用により、nmオ−ダもしくは原子レベルの記録密度を持つ、大気中常温で高速且つ安定に記録することができる記録技術が提供できる。
【0014】
【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
【0015】実施例 1図1は、導体から絶縁体までの全ての物質を観察できるSPMの一つである原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)を用いた表面微細加工装置の概略図である。AFMの技術は、フィジカル レビュ− レタ−ズ (Physical Review Letters) 第56巻 (1986年) 第930頁に示されている。プロ−ブはカンチレバ−2の先端に設けられた探針1である。探針1の先端原子と試料4表面原子との間に働く力を、カンチレバ−2の背面から反射されるレ−ザ光の変位をポジションセンサ7で感知することにより検出し、カンチレバ−2のそりが一定に保たれる様に試料台が制御され、試料4の動きから表面像を得る。表面加工機能を付加するために、プロ−ブに導電性を持たせ、探針1と試料4の間に印加し得る加工電圧印加装置12を備える。プロ−ブは半導体プロセスで作製され、カンチレバ−2の長さは数100μmあり、探針1の先端曲率半径は集束イオンビ−ム加工を行うことにより数100nmになる。プロ-ブは通常SiO2、Si3N4等の絶縁性材料から成るので、Au、Ga等の導電性材料でコ−ティングすることによりプロ−ブ表面に導体層3を設け、探針1先端に電荷を供給する。コ−ティングを厚くすると探針先端の曲率半径が大きくなり加工サイズも大きくなるので、コ−ティングの厚さは、導電性を持ち且つ加工サイズが大きくならない程度がよい。Auをコ−ティングする場合は50nm程度あればよい。また、そのコ−ティング材料は加工時には試料4表面への物質供給源となる。加工電圧印加装置12により探針1と試料4の間に電圧を印加し、試料4に表面加工を施す。印加電圧はコ−ティング材料と試料材料の組み合わせにより多少異なると思われるが、コ−ティング材料がAu、試料材料がグラファイト劈開面の場合、数ボルトから数10ボルト必要である。電圧をパルス状に印加することにより試料表面上にピットまたはマウンドを形成することができる。
【0016】実施例 2図2は、走査型光近視野顕微鏡(Near Field Optical Scanning microscope:NFOS)を用いた表面微細加工装置の概略図である。以下図2、3、4は表面加工機能を付加するために変更した部分のみを表わしている。NFOSの技術は、アイ ビ−エム ジャ−ナル オブ リサ−チ アンド デベロップメント (IBM Journal ofResearch and Development) 第30巻 (1986年) 第478頁に示されている。プロ−ブは水晶チップ13にAlの薄膜14を付けた後、先端をガラス面に押し付け、形成された20nm径程度の小さなピンホ−ル15により構成される。これにレ−ザ光が導入され、先端のピンホ−ル15からレ−ザ光が試料4表面にしみ出す。ピンホ−ル15から出射した光はすぐに広がってしまうのでピンホ−ル15と試料4とを10nm以下に保つ必要があるので、先端に突起16を設け、その突起16と試料の間を流れるトンネル電流でその間隔を制御する。加工電圧印加装置12により突起16と試料4の間に電圧を印加し、試料4に表面加工を施す。
【0017】実施例 3図3は、熱感知型顕微鏡(Scanning Thermal Profiler:STP)を用いた表面微細加工装置の概略図を示す。STPの技術は、アプライド フィジックス レタ−ズ (Applied Physics Letters) 第49巻 (1986年) 第1587頁に示されている。プロ−ブは100nm程度の尖端部を熱電対19にした温度センサで、相似形の2つの円錐形導体#1 20、#2 21の間に絶縁体#1 22を介した構造である。加熱した探針の温度は探針と試料間の熱伝導で変化するので、サ−ボ系を用いて温度を一定に制御することにより試料4の表面像を得る。表面加工機能を付加するために、探針表面に更に絶縁層#2 23、その上に導体層24を設け、探針と試料4の間に印加し得る加工電圧印加装置12を備える。加工電圧印加装置12により探針と試料4の間に電圧を印加し、試料4に表面加工を施す。
【0018】実施例 4図4は、トンネル音響顕微鏡(Tunneling Acoustic Microscope:TAM)を用いた表面微細加工装置の概略図を示す。TAMの技術は、フィジカル レビュ− レタ−ズ(Physical Review Letters) 第55巻 (1989年) 第1718頁に示されている。プロ−ブは先端が尖ったSTM探針と同様の探針25である。探針25は絶縁体で形成することもできるが、表面加工機能を付加するために、導体で形成する、あるいは導体でコ−ティングすることにより導電性を持たせ、探針25と試料4の間に印加し得る加工電圧印加装置12を備える。加工電圧印加装置12により探針25と試料4の間に電圧を印加し、試料4に表面加工を施す。
【0019】実施例 5探針と試料の間に電圧をパルス状に印加することにより、試料表面上に凸構造26あるいは凹構造27を形成することができる。図5に示されるように凸構造26の有無あるいは凹構造27の有無を記録単位の"1"、"0"に対応させることにより情報記録を行なうことができる。また、凹、凸両構造を用いることにより3値記録を行なうこともできる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、導体から絶縁体まで計測できるSPMを用いた表面加工および記録単位がnmオ−ダもしくは原子レベルの高密度記録、大気中常温で高速且つ安定な記録を実現することができる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013