JPH08129875A

JPH08129875A - 導電性針の位置ずれを低減したプローブ装置

Info

Publication number: JPH08129875A
Application number: JP6289259A
Authority: JP
Inventors: Mitsuchika Saito; 光親斉藤; Youbun Eki; 幼文易
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-21
Also published as: EP0709835A2; CN1145487A; EP0709835A3; US5600137A

Abstract

(57)【要約】導電性針の位置ずれを解消したプローブ装置【目的】メディア移動型のメモリ装置等に用いられ
る、電性針の位置ずれが生じにくいプローブ装置を提供
する。【構成】導電性針２２を持つプローブ２が基板に形成
されたプローブ群支持部材を有するプローブ装置におい
て、前記プローブ２の本体２１が前記プローブ群支持部
材の基板面Ｓに平行に張り出した前記基板から延伸する
複数の腕（たとえば、第１および第２の腕２１Ａ，２１
Ｂ）を結合してなる複合梁（たとえば、Ｌ字形梁）によ
り構成され、導電性針２２が、前記複合梁の何れかの箇
所に、前記基板面Ｓに対して垂直に取り付けられてな
る、ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小なプローブが静電
気力やバイモルフの発生する力により動作する、メディ
ア移動型のメモリ装置等に用いられるプローブ装置に関
し、特に導電性針の位置ずれが生じにくい前記プローブ
装置に関する。

【０００２】

【技術背景】近年、ハードディスク記憶装置や、ＣＭＯ
Ｓ等の半導体記憶装置に代えて、微小なプローブを用い
たメディア移動型のメモリ装置が種々提案されている
（特開平４−９８１２０号、特開平２８９５８０号（米
国特許５，２１６，６３１号）、特開平４−３６４２９
９号の各公報等参照）。この種のメモリ装置は、走査型
プローブ顕微鏡の技術を応用したものであり、プローブ
として、バイモルフ動作型の長手平板状のカンチレバー
が用いられている。このカンチレバーにより記録媒体に
対して情報の読出し書込みが行われる。

【０００３】図１３は、従来のメディア移動型のメモリ
装置の概略を示す図である。図１３のメモリ装置は、プ
ローブ装置１００、メモリ基板２００、制御回路３００
および読出し書込み回路４００からなる。プローブ装置
１００の表面には、先端に導電性針１０２が形成され
た、バイモルフ力により動作するカンチレバー型のプロ
ーブ１０１が複数形成されている。また、メモリ基板２
００の表面にはメモリ媒体２０１が形成されており該媒
体２０１の下面には読出し書込み用の電極２０２が形成
されている。制御回路３００は、プローブ１０１に信号
を送出することによりプローブ１０１を動作させ、読出
し書込み回路４００は、プローブ１０１の先端の導電性
針１０２と電極２０２との間に読出し書込み用電圧を印
加して、メモリ媒体２０１に対する情報の読出し書込み
を行う。

【０００４】ところで、上記プローブ１０１の長さが短
すぎると、該プローブ１０１の先端に形成された導電性
針１０２のメモリ媒体２０１に対する移動距離を大きく
できない。また、逆にプローブ１０１の長さが長すぎる
と、導電性針１０２が、プローブ１０１の長さ方向に垂
直でかつメモリ媒体２０１に平行な方向（横方向）に撓
み易くなり、導電性針１０２に位置ずれが生じる。ま
た、プローブ１０１は動作の際に、該動作方向に必ず撓
むので、プローブ１０１の長さ方向に導電性針１０２に
位置ずれが生じる。１ビット当たりについての記録領域
（面積）を小さくすると、上記位置ずれに起因して読出
し書込みエラーが生じ易くなり信頼性が低下する。した
がって、該信頼性を低下させないためには、前記記録領
域を大きくしなければらない。この結果、データ記録の
高密度化が妨げられると言った問題が新たに生じる。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、たとえばメディア移動
型のメモリ装置等、微小なプローブを有する装置におい
て、該プローブを動作させるた際に、導電性針の位置ず
れが生じにくいプローブ装置を提供することにある。さ
らに、他の目的は、該プローブの駆動を容易ならしめる
ことにもある。

【０００６】

【発明の概要】本発明者等は、メディア移動型のメモリ
装置等における微小プローブの動作機構および形状に工
夫を施すことにより、上記した従来のプローブの問題点
を解決できるとの知見を得て本発明をなすに至った。

【０００７】本発明のプローブ装置は、導電性針を持つ
微小なプローブが基板に形成されたプローブ群支持部材
を有するもので、メディア移動型のメモリ装置、走査型
プローブ顕微鏡等の装置に用いられる。たとえば、本発
明のプローブ装置をメモリ装置に適用する場合、該メモ
リ装置は、（ｉ）表面にメモリ媒体が形成されたメモリ
基板、（ｉｉ）該メモリに対して情報の読出しまたは書
込みを行うための導電性針を持つプローブが、基板に形
成されたプローブ群支持部材、（ｉｉｉ）前記各導電性
針を、前記メモリ媒体表面上のそれぞれの所定位置に一
斉に位置決めするための位置決め装置、（ｉｖ）前記各
導電性針を介し、前記メモリ媒体に対する情報の読出し
書込みを行うための読出し書込み用電気回路、（ｖｉ）
前記メモリ媒体表面と前記導電性針の先端とを接触状態
に置くための、該導電性針ごとに設けられたプローブ駆
動装置により構成される。

【０００８】本発明では、プローブは一つのプローブ装
置につき一つだけ設けることもできるし、複数設けるこ
ともできる。本発明のプローブ装置をメモリ装置に適用
する場合には、プローブは複数、好ましくは多数（たと
えば、一つのメモリ装置あたり１０万個）設けられる。
プローブを多数とすることで、単位時間あたりの情報の
読出し書込み量が飛躍的に増大する。プローブの配置は
一次元配列であってもよいし、二次元配列であってもよ
いが、通常、高記録密度化等の観点から二次元配列とさ
れる。

【０００９】本発明におけるプローブの本体は、前記プ
ローブ群支持部材の基板面に平行に張り出した前記基板
から延伸する複数の腕を結合してなる複合梁により構成
することができる。複合梁として、種々の形状のものが
採用される。たとえば、複合梁を、基板に固定された２
点を支点とする、第１および第２の腕からなる概略Ｌ字
形とすることができる。また、複合梁を、３点を支点と
する概略ＹあるいはＴ形状とし、さらに４点を支点とす
る概略Ｘ字形とすることもできる。前記導電性針は、複
合梁の適宜個所（通常は、複数の腕が交叉または当接す
る点の近傍に前記基板面に対して垂直に取り付けられ
る。たとえば、複合梁をＬ字形とする場合には、導電性
針はＬ字形梁の頂部近傍に取り付けられる。また、複合
梁をＸ字形とする場合にはＸ字形梁の交叉点近傍に、さ
らに複合梁をＹあるいはＴ字形とする場合にはＹあるい
はＴ字形梁の当接点近傍に取り付けられる。

【００１０】プローブは、バイモルフの発生する力によ
り動作するようにもできるし、静電気力により動作する
ようにもできる。静電気力により動作するプローブは、
バイモルフにより動作するプローブよりも構造を単純に
できる。プローブを静電気力により動作させる場合、メ
モリ基板，測定対象となる材料等の「基板以外の部材」
をプローブ駆動用の電極とし、該電極とプローブとの間
に静電気力を発生させることができる。なお、上記のプ
ローブ群支持部材の「基板以外の部材」とは、本発明の
プローブ装置がメモリ装置に適用される場合にはメモリ
媒体であり、本発明のプローブ装置が走査型プローブ顕
微鏡に適用されるときには、測定対象となる材料であ
る。

【００１１】本発明のプローブ装置においては、プロー
ブ駆動装置や、導電性針に所定電圧を印加するための電
気回路に接続される配線は、適宜、最良の方法で設ける
ことができる。たとえば、複合梁をＬ字形とする場合に
は、通常、第１の腕が、前記プローブ駆動装置に接続さ
れる第１の配線を有し、前記第２の腕が、前記導電性針
に所定電圧を印加するための電気回路に接続される第２
の配線を有している。この場合には、前記第１の腕の前
記電極および前記第１の配線と、前記第２の腕の前記第
２の配線とは適宜の手段により絶縁される。また、複合
梁をＸ字形やＹあるいはＴ字形とする場合には、通常、
少なくとも一つの腕が上記第１の配線を有し、また第１
の配線を有さない他の腕の少なくとも一つが上記第２の
配線を有している。

【００１２】更に本発明では、プローブが静電気力によ
り動作する場合には、前記複合梁をシリコンにより構成
することができる。たとえば、複合梁をＬ字形とした場
合には、該Ｌ字形形梁の第１の腕が前記第１の配線とし
て機能すると共に、第２の腕が前記第２の配線として機
能し、前記第１の腕と前記第２の腕とが、ＰＮＰ接合ま
たはＮＰＮ接合により絶縁されるように構成することが
できる。複合梁をＸ字形やＹあるいはＴ字形とする場合
にも、適宜箇所（通常は、Ｘ字形の交叉点やＹあるいは
Ｔ字形の当接点の近傍）に、ＰＮＰ接合またはＮＰＮ接
合による絶縁部分が形成される。上記した、導電性針に
所定電圧を印加するための電気回路は、本発明がメモリ
装置に適用されるときには、読出し書込み用電気回路で
ある。

【００１３】また、本発明においては、プローブの本体
を、前記プローブ群支持部材の基板面に平行に張り出し
た折り返し梁により構成することもできる。この場合、
前記折り返し梁の始端部が前記プローブ群支持部材の基
板面に固定され、前記導電性針が、前記折り返し梁の終
端部に取り付けられる。

【００１４】前記折り返し腕は、前記プローブ駆動装置
に接続される第１の配線、および前記導電性針に所定電
圧を印加するための電気回路に接続される第２の配線を
有し、第１の配線と、第２の配線とは絶縁されるように
構成することもできる。この場合、前記折り返し腕の、
前記始端を有する側の腕および前記終端部を有する側の
腕の双方、または前記終端部を有する側の腕が、前記基
板面との間または該基板以外の部材との間に静電気力を
発生するための電極となるように構成することができ
る。

【００１５】ところで、同一基板上に、プローブと種々
の回路（メモリ装置の場合は、読出し書込み回路（以
下、「Ｗ／Ｒ回路」と言う），プローブ駆動回路等）を
形成する場合、トランジスタ等の回路要素は、プローブ
装置の基板面上に厚みを持って形成される。このため、
前記シリコンを用いてプローブを形成する場合、プロー
ブ先端の移動距離を大きく取らざるを得ない。この結
果、プローブとメモリ基板との間に静電気力を発生させ
て、該プローブを引力制御する場合には、駆動力が小さ
くなり、良好な制御を行うことができないと言った不都
合も生じ得る。

【００１６】そこで、本発明では、プローブを静電気力
により動作させる場合には、プローブ本体に前記電極が
前記基板に平行な羽根を持つ電極板を設け、メモリ基
板，測定対象となる材料等の前記「基板以外の部材」と
静電気力相互作用をするようにプローブ装置を構成する
こともできる。この羽根の配置，形状，数として、種々
の形態を採用できる。たとえば、上記羽根を、プローブ
本体と同一の高さに形成することもできるし、プローブ
本体よりも上方に迫り出して形成することもできる。ま
た、上記羽根をプローブ本体の幅と同一の幅に形成する
こともできるし、プローブ本体の幅よりも広く、あるい
は狭く形成することもできる。さらに、上記羽根をプロ
ーブ本体に１枚だけ設けることもできるし、複数設ける
こともできる。

【００１７】上記羽根は、本発明のプローブ装置に好適
であるが、本発明には含まれない長手平板状の一点支持
によるカンチレバーを持つプローブ装置にも適用するこ
とができる。すなわち、プローブ装置が、プローブが静
電気力で動作するものである場合に、プローブ本体を基
板に支点を持つ基板に平行に張り出して形成し、該プロ
ーブ本体には、基板面に平行に張り出した電極板を取り
付けることができる。従来のカンチレバーでは静電気力
相互作用を大きくしようとする場合にはプローブ本体の
幅を大きくする必要がある。一方、プローブ本体の幅を
大きくすると、プローブ本体のバネ定数も大きくなり、
結果として、十分な曲げ量を得ることができなくなる。
しかも、バネ定数が大きいために、曲げ量が変化する
と、これに伴い接触力が大きく変化するという問題が生
じる。しかし、プローブ本体を静電気力相互作用をなす
電極（あるいは、静電気相互作用をなす主要な電極）と
して使用せず、静電気力相互作用をなす電極としてプロ
ーブ本体に取り付けた別の電極を使用する。この構造に
より、プローブ本体のバネ定数と羽根の面積とは独立に
設計することができる。この羽根を、本発明における複
合梁に用いることができることは当然であり、その取り
付け位置はできれば導電性針の近傍が有効である。羽根
を用いずに、たとえば、プローブ本体の、導電性針の取
り付け位置近傍を幅広にしたり、基板への付け根部分を
幅狭にしも、上記羽根と同様の作用および効果を得るこ
とができる。以上のようにして、小さいバネ定数のまま
で、静電気力を大きくとることができることが可能とな
る。

【００１８】本発明におけるプローブは、プローブ駆動
回路等とは別個のプロセスにより製造することもできる
し、モノリシック半導体プロセスおよびマイクロマシー
ニングによる一連の工程によりプローブ駆動回路等と共
に製造することもできる。本発明をメモリ装置に適用す
る場合には、モノリシック半導体プロセスによりプロー
ブを製造することが好ましい。これにより、多数のプロ
ーブおよびこれに付随する回路の製造工程が、従来のも
のと比較して飛躍的に簡素化され、メモリ装置全体とし
ての低コスト化を図ることができる。

【００１９】本発明におけるプローブ装置をウェーハを
用いて製造する場合、種々の層構造のウェーハを基材と
して使用することができる。通常は、この種のウェーハ
として、ウェーハ製造メーカから容易に入手できる、シ
リコン表面層，酸化シリコン中間層，シリコン裏面層か
らなるウェーハが用いられる。このウェーハを用いるこ
とにより、シリコン表面層を用いてプローブの本体部分
（梁部分）を形成することができる。また、本発明にお
けるプローブ装置を、バルクシリコンウェーハを用いて
製造することもできる。この場合、プローブ本体部分
は、通常、シリコン層上に形成した酸化シリコン層上に
積層したポリシリコンを用いて形成される。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明のプローブ装置をメモリ装置
に適用した場合の一実施例を示す図である。同図におい
て、プローブ装置１には、プローブ２がアレイ状に形成
され、該プローブ２に対応する、Ｗ／Ｒ回路３１とプロ
ーブ駆動回路３２とが、それぞれプローブ２に近接して
設けられている。ここで、プローブ２、Ｗ／Ｒ回路３１
およびプローブ駆動回路３２とがプローブセル４を構成
している。また、プローブ装置１の表面には、バスライ
ン５が形成されている。Ｗ／Ｒ回路３１およびプローブ
駆動回路３２は、このバスライン５とプローブ装置１に
形成された図示しない端子とを介して、プローブ装置１
の周辺に設けられた回路と信号のやり取りを行う。本実
施例のプローブ装置では、プローブ２，Ｗ／Ｒ回路３
１，プローブ駆動回路３２，バスライン５等は、後述す
るように、モノリシック半導体プロセスにより形成され
る。

【００２１】図２には、図１に示したプローブ２の一例
が詳細に示されている。このプローブ２は、後述するよ
うに１Ａ，１Ｂ，１Ｃからなるウェーハから製造され
る。プローブ２の本体２１はプローブ装置１から張り出
した第１，第２の腕２１Ａ，２１ＢからなるＬ字形梁に
より構成されている。なお、図２では、プローブ本体２
１の支点部分の図示は省略してある。

【００２２】プローブ本体２１は、溝２３上に張り出し
て形成されており、溝２３の底部には、半導体裏面層１
Ｃが露出している。上記二つの腕２１Ａ，２１Ｂは半導
体表面層１Ａにより形成されている。ここでは、第１，
第２の腕２１Ａ，２１Ｂは共にＮ形半導体である。第
１，第２の腕２１Ａ，２１Ｂの境界部にはＰ形領域２１
０が形成され、第１，第２の腕２１Ａ，２１Ｂは、Ｐ形
領域２１０を介して絶縁状態で当接している。

【００２３】第１の腕２１Ａの裏面が、プローブ２の駆
動用電極Ｐ１となる。第２の腕２１Ｂの頂部側端には、
導電性針２２が形成されている。該導電性針２２の先端
２２ａは均一な横断面を持つ柱状体に形成され、この先
端２２ａがメモリ媒体７１（後述する図４参照）との接
触を行う。

【００２４】図２では、半導体裏面層１Ｃが露出した面
のうち、第１の腕２１Ａに対応する部分が、第２の電極
Ｐ２を形成している。また、第１の腕２１Ａがある側の
溝２３に沿った基板面Ｓ上には、一対の補助電極Ｐ３，
Ｐ３（前記半導体表面層１Ａにより形成される）が形成
されている。図３（Ａ）に示すように、電極Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３は、プローブ駆動回路３２に電気接続される。
同図（Ａ）では、プローブ駆動回路３２は、電極Ｐ１，
Ｐ２が「−」極に、補助電極Ｐ３が「＋」極となるよう
に結線され、Ｐ１，Ｐ２と、Ｐ３との間に適宜の電圧Ｖ
を与えて、所望の制御を行うことができる。

【００２５】図４は、本発明のメモリ装置の説明図であ
る。図４には、前述のあるいは後述するプローブ装置１
（および該基板１に形成されたプローブセル４）、なら
びにメモリ基板７が示されている（メモリ基板７につい
ては一部切り欠いて示す）。図４において、プローブ
（たとえば、図１，図２等の符号２参照）の各導電性針
（図２の符号２２参照）は、位置決め装置９１を用いて
メモリ基板７の表面層をなすメモリ媒体７１の所望位置
に一斉に位置決めされる。プローブ装置１とメモリ基板
７の相対移動距離は、最大で導電性針２２の間隔分あれ
ば足りる。

【００２６】図１および図２に示したプローブ２は、図
４に示したような位置決め装置９１により所定位置に位
置決めされ、プローブ駆動回路３２により斥力制御され
る。また、図１および図２に示したプローブ２は、Ｌ字
形梁の頂部が、二つの腕３１Ａ，３１Ｂの支持部を支点
として動作する。すなわち、導電性針２２がメモリ媒体
６１の表面に対して垂直に動作はするが、該表面に対し
て水平に動作することはない。したがって、プローブ本
体２１が基板面Ｓに平行な方向に撓み導電性針２２の位
置がずれると言った問題は生じないので、導電性針２２
の位置決めが正確に行われる。

【００２７】図４では位置決め装置９１を用いてメモリ
基板７をＸ−Ｙ制御する場合を示しているが、プローブ
装置１をＸ−Ｙ制御するようにしてもよい。また、たと
えば、メモリ基板７をＸ制御し、プローブ装置１をＹ制
御するようにしてもよい。なお、図４では位置決め装置
９１は概念的に示されており、現実のものとは異なる。

【００２８】図１に示したように、本発明のメモリ装置
では、Ｗ／Ｒ回路３１およびプローブ駆動回路３２がプ
ローブ２に近接して設けられている。したがって、これ
ら回路（特に、Ｗ／Ｒ回路９）とプローブとの間の配線
長さは極めて短いので、ストレー容量やノイズの影響は
殆ど無視できる。

【００２９】また、図２に示したように、導電性針２２
は、第２の腕２１Ｂ（これ自体が配線の役割をなす）お
よび図示しない配線を介してＷ／Ｒ回路３１（図１参
照）に接続されている。プローブ本体を、積層構造とす
ると、製造時に該プローブ本体に反りが生じ実用的な使
用ができない場合があるが、図２に示した構造のプロー
ブ本体２１は、単層構造をなすので実用上問題となる反
りが生じることはない。

【００３０】上記メモリ装置においては、上記メモリ基
板７を、静電気力によりプローブと相互作用する電極と
することができる。この場合には、プローブは、メモリ
基板７との間の静電気力により引力制御される。通常
は、プローブを制御する場合には、斥力制御するより、
引力制御した方がプローブを小さな電圧で制御すること
ができる。

【００３１】ところで、図１および図２に示したプロー
ブ本体２１の場合には、通常、Ｗ／Ｒ回路３１およびプ
ローブ駆動回路３２が、プローブ装置１の基板面Ｓ（図
２参照）よりも上方に突出して形成される。このため、
プローブ本体２１とメモリ基板７との距離が大きくな
り、上記引力制御によりプローブ２１を駆動しようとし
ても、プローブ２を良好に制御できない場合がある。

【００３２】このような場合には、図５に示すように、
プローブ本体２１先端のメモリ基板７側に、該メモリ基
板７に対して平行な羽根を持つ電極ＰＷを、所定高さで
形成することができる。この場合には、図５に示すよう
に、電極ＰＷは第１の腕２１Ａに設けられる。なお、こ
の場合には、図２に示した補助電極Ｐ３は設けられず、
図３（Ｂ）に示す結線により、電極ＰＷと上記メモリ基
板７に形成された電極ＰＭとの間で引力制御が行われ
る。

【００３３】プローブ２を引力制御する場合の電極Ｐ
Ｗ，電極ＰＭの極性を図３（Ｂ）に示す。ＰＷ、ＰＭ
は、プローブ駆動回路３２に電気接続される。同図
（Ｂ）では、プローブ駆動回路３２は、ＰＭが「−」極
に、ＰＷが「＋」極となるように結線され、ＰＭとＰＷ
との間に適宜の電圧Ｖを与えて、所望の制御を行うこと
ができる。

【００３４】上記のような電極ＰＷを設けることによ
り、プローブ２を小さな電圧で制御することが可能とな
る。

【００３５】図２および図５に示すプローブ２を用いた
メモリ装置は、Ｗ／Ｒ回路３１およびプローブ駆動回路
３２がプローブ２に近接して設けられている。したがっ
て、ストレー容量やノイズの影響は殆ど無視できる。

【００３６】しかも、図２および図５に示したプローブ
２を用いたメモリ装置では、第２の腕２１Ｂは、第１の
腕２１Ａから空間的に離れている。したがって、配線と
して機能する第２の腕２１Ｂに生ずるストレー容量は殆
ど無視できる。

【００３７】図５に示すプローブ２は、本願出願人によ
り平成６年１０月７日付け提出の特許願（発明の名称：
「メモリ装置」、整理番号：１０９４５９６）に一例が
記載されているように、マイクロマシーニング技術およ
び半導体デバイス製造技術に係る当業者であれば、本願
明細書の記載から容易に製造することができることは自
明である。

【００３８】ところで、図２，図５に示したプローブ２
では、該プローブ２が動作したときに、図６（ｉ）およ
び（ｉｉ）に示すように、プローブ装置１の基板面Ｓに
対して平行な方向に、導電性針先端２１ａの位置がずれ
る場合がある。なお、図６（ｉ）は図２に示すプローブ
２が駆動される前の状態を、（ｉｉ）は該プローブ２が
駆動された後の状態を表している。この位置ずれは、あ
る程度予測が可能であり補償もできるが、該位置ずれが
問題となる場合には、図７に示すように、プローブ本体
２１を、腕２１１，２１２からなる折り返し梁により構
成することができる。

【００３９】図７では、腕２１１の終端部は、プローブ
装置１の基板に固定され、プローブ本体２１は基板面Ｓ
（本実施例では、絶縁体中間層１Ｂ表面）から張り出し
て形成されている。また、導電性針２２が、折り返し梁
の他方の終端部の頂部に、メモリ基板７（図４参照）に
向けて取り付けられている。本実施例においても、導電
性針２２の先端２２ａは均一な横断面を持つ柱状体とな
っている。また、プローブ本体２１は、プローブ駆動仮
尾３２（図１，図４参照）に接続されている半導体層ａ
（前記半導体表面層１Ａにより形成される）と、この半
導体層ａの上面に形成された絶縁体等ｂとを有し、この
絶縁体層ｂの上面には、メタル配線層ｃが形成されてい
る。このメタル配線層ｃにより、導電性針２２とＷ／Ｒ
回路３１（図１参照）とが電気接続される。

【００４０】プローブ本体２１は、溝２３上に張り出し
て形成されており、溝２３の底部には、半導体裏面層１
Ｃが露出している。この半導体裏面層１Ｃと半導体電極
層ａとは絶縁体中間層１Ｂにより絶縁されている。半導
体層ａは駆動用電極Ｐ１を形成し、溝２３の底面（半導
体裏面層１Ｃの露出面）は駆動用電極Ｐ２を形成してい
る。

【００４１】また、溝２３の長手部分に沿った基板面に
は、補助電極Ｐ３（前記半導体裏面層１Ａにより作られ
る）が形成されている。

【００４２】図８は、図７に示すプローブ本体２１の腕
２１２に電極ＰＷを設けた場合を示している。プローブ
２の終端には半導体ａが露出しており、該露出した部分
に導電性針２２が形成されている。この場合には、補助
電極Ｐ３（図７参照）は設けられない。

【００４３】図９は、図８に示した折り返し梁を１対
（左右対称のもの）使用して、それぞれの腕の先端を結
合した形状をなすプローブ２を示している。プローブ本
体２１は、プローブ装置１の基板面Ｓに平行に張り出し
た、腕２１１，２１２，２１３，２１４とからなる。腕
２１１と腕２１２とは平行であり、腕２１３と腕２１４
とは平行であり、これら各腕２１１〜２１４によりプロ
ーブ本体２１が構成される。そして、腕２１１，２１３
のＬ字形梁の頂部側がプローブ装置１の基板に固定され
ている。

【００４４】また、導電性針２２が、腕２１２，２１４
のＬ字形梁の頂部に、取り付けられている。電極Ｐ１は
各腕２１１〜２１４の下面に形成されている。また、各
腕２１１〜２１４には、導電性針２２とＷ／Ｒ回路とを
接続するためのメタル配線層ｃが設けられている。

【００４５】図１０は、図９に示した折り返し構造のプ
ローブに、図５のプローブのＮＰＮ絶縁構造を応用した
電極付のプローブ２を示している。この電極ＰＷは、メ
モリ基板７（図４参照）との間で静電気力による引力制
御を行う。図８や図９に示したような積層構造のプロー
ブ本体を用いるた場合には、製造時に反りが生じ実用的
な使用ができない場合がある。しかし、図１０に示した
構造のプローブ本体２１は単層構造をなすので、図５の
プローブと同様、実用上問題となる反りが生じることは
ない。

【００４６】図７〜図１０のようにプローブを折り返し
梁形状とすることで、図１１（ｉ）および（ｉｉ）に示
すように、プローブ本体２１の動作の大小によらず、導
電性針２２ａの前記した位置ずれが殆ど生じないように
できる。なお、図１１（ｉ）は図７に示すプローブ２が
駆動される前の状態を、（ｉｉ）は該プローブ２が駆動
された後の状態を表している。

【００４７】本実施例のメモリ装置に適用されるメモリ
基板２としては、メモリ媒体２１が表面に形成された平
板状のもの、該平板状のメモリ媒体に格子溝が形成され
たもの等、種々の構成のものが用いられる。

【００４８】図１２（Ａ）および（Ｂ）は、本発明のメ
モリ装置に適用される表面に格子溝が形成されたメモリ
基板７の一例を示す断面模式図および平面模式図であ
る。メモリ基板７（Ｓｉ基板）は厚さ１０〜１００μｍ
程度、１辺１ｃｍ程度の方形タイル状をなしている。メ
モリ基板７は、基材７２とメモリ媒体７１が積層して形
成されている。メモリ基板７には全面にわたり分離溝７
３が形成されている。

【００４９】一般に、メモリ基板は、薄すぎると、その
製造の際の熱膨張や熱収縮による歪が生じ易いが、図１
２（Ａ），（Ｂ）に示したメモリ基板７は、その表面に
分離溝７３が形成されているので、該メモリ基板７が薄
くても実際上問題となる程の反りが生じることはない。
これにより、位置決め装置９１（図４参照）がメモリ基
板７を移動させる構成をとる場合には、軽量化によるメ
モリ基板７の高速な移動が可能となる。なお、分離溝７
３はフォトリソグラフィー，エッチング等により形成で
きる。

【００５０】上記分離溝７３は、通常はメモリ媒体７１
の記録領域（一つのプローブがアクセスする範囲）とこ
れに隣接する記録領域との境界に位置するように形成す
ることが好ましい。分離溝７３の間隔は、大きすぎると
反りを所望程度にまで低減できない。また、分離溝７３
は、通常すべての記録領域の上記境界に形成される。分
離溝７３の間隔が小さすぎると、該分離溝７３が隣接す
る記録領域の境界に位置することが不可能となる等の不
都合が生じる。製造の際の熱膨張や熱収縮による反りが
問題となる場合、上記分離溝７３の深さは、メモリ基板
７の厚さの半分程度あるいはそれ以上の深さに形成する
こともできる。

【００５１】以上述べたように、本発明のプローブ装置
は、〔１〕導電性針を持つプローブが基板に形成された
プローブ群支持部材を有するものであり、前記プローブ
の本体が前記プローブ群支持部材の基板面に平行に張り
出した前記基板から延伸する複数の腕を結合してなる複
合梁により構成され、前記導電性針が、前記複合梁の何
れかの箇所に前記基板面に対して垂直に取り付けられて
なる、ことを特徴とし、〔１〕〜〔５〕のような好適な
実施態様を有している。

【００５２】〔２〕前記複合梁を構成する少なくとも一
つの腕が、プローブ駆動装置に接続される第１の配線を
有し、少なくとも一つの他の腕が、前記導電性針に所定
電圧を印加するための電気回路に接続される第２の配線
を有し、前記第１の配線と、前記第２の配線とは絶縁さ
れてなる、ことを特徴とする〔１〕に記載のプローブ装
置。

【００５３】〔３〕前記少なくとも一つの腕が、前記第
１の配線に接続された前記基板との間または該基板以外
の部材との間に静電気力を発生するための電極を有する
ことを特徴とする〔１〕または〔２〕に記載のプローブ
装置。

【００５４】〔４〕前記複合梁がシリコンからなり、前
記少なくとも一つの腕が前記第１の配線として機能する
と共に、前記少なくとも一つの他の腕が前記第２の配線
として機能し、前記少なくとも一つの腕と前記少なくと
も他の腕とが、ＰＮＰ接合またはＮＰＮ接合により絶縁
されてなることを特徴とする〔３〕に記載のプローブ装
置。

【００５５】〔５〕前記複合梁が前記プローブ群支持部
材の基板面に平行に張り出した第１および第２の腕から
なる概略Ｌ字形梁により構成され、前記第１および第２
の腕の、Ｌ字形梁の頂部側とは反対側のそれぞれの端部
が前記プローブ群支持部材の基板に固定され、前記導電
性針が前記Ｌ字形梁の頂部に、前記基板面に対して垂直
に取り付けられてなる、ことを特徴とする〔１〕〜
〔４〕に記載のプローブ装置。

【００５６】また、本発明のプローブ装置は、〔６〕導
電性針を持つプローブが基板に形成されたプローブ群支
持部材を有するものであり、前記プローブの本体が前記
プローブ群支持部材の基板面に平行に張り出した折り返
し梁により構成され、前記折り返し梁の始端部が前記プ
ローブ群支持部材の基板面に固定され、前記導電性針
が、前記折り返し梁の終端部に取り付けられてなる、こ
とを特徴とするものであり、〔７〕および〔８〕のよう
な好適実施態様を有する。

【００５７】〔７〕前記折り返し腕は、前記プローブを
駆動装置に接続する第１の配線、および前記導電性針に
所定電圧を印加するための電気回路に接続される第２の
配線を有し、前記電極および前記第１の配線と、前記第
２の腕の前記第２の配線とは絶縁されてなる、ことを特
徴とする〔６〕記載のプローブ装置。

【００５８】〔８〕前記折り返し腕の、前記始端を有す
る側の腕および前記終端部を有する側の腕の双方、また
は前記終端部を有する側の腕が、前記基板面との間また
は該基板以外の部材との間に静電気力を発生するための
電極を有することを特徴とする〔７〕に記載のプローブ
装置。

【００５９】さらに、本発明では、〔１０〕〜〔１１〕
に示すような好適実施態様をも含んでいる。

【００６０】

〔９〕前記基板以外の前記部材と、前記プ
ローブとが、静電気力により相互作用することを特徴と
する〔１〕〜〔８〕の何れかに記載のプローブ装置。

【００６１】〔１０〕前記電極が前記基板に平行な羽根
を持つ電極板を有し、該電極板は前記基板以外の部材と
静電気力相互作用をすることを特徴とする

〔９〕に記載
のプローブ装置。

【００６２】〔１１〕前記プローブの、前記基板に固定
された部分が幅狭に形成され、または、導電性針が形成
された部分が幅広に形成されてなることを特徴とする

〔９〕に記載のプローブ装置。

【００６３】〔１２〕前記基板が半導体表面層と、絶縁
体中間層と、半導体裏面層とからなるウェーハにより製
造されるものであり、前記プローブの本体が該ウェーハ
の半導体表面層により形成されてなることを特徴とする
〔１〕〜〔１１〕の何れかに記載のプローブ装置。

【００６４】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので、
以下の効果を奏することができる。（１）プローブを動作させるた際に、導電性針の位置ず
れが生じにくいので、プローブ装置の信頼性が高い。特
に、本発明をメモリ装置に適用した場合、１ビット当た
りの記録領域（面積）を小さくできるので、記録密度
を、長手平板状のカンチレバーを用いた従来のメモリ装
置より高くすることができる。

【００６５】（２）プローブとして、静電気力により動
作するもの、または圧電力により動作するものの何れを
使用することができるので、プローブ装置の設計の自由
度が広がる。

【００６６】（３）プローブが静電気により動作するも
のである場合において、プローブの基板以外の部材（メ
モリ基板等）との間の静電気力により、該プローブを動
作させることができるので、プローブ駆動力を大きくす
ることができる。特に、電極をプローブに設けること
で、種々の電気回路がプローブ装置の基板面よりも突出
している場合であっても、十分な駆動力を確保すること
ができる。

【００６７】（４）本発明をメモリ装置に適用した場合
において、複合梁（たとえば、第１，第２の腕からなる
Ｌ字形梁）をプローブとするときは、情報の伝送を行う
配線（Ｌ字形梁の場合には第２の腕）と、駆動用の電極
を有する腕（Ｌ字形梁の場合には第１の腕）とは空間的
に離れるように構成できる。この場合には、情報の書込
み読出し用の配線に生ずる前記電極との間のストレー容
量を極小にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｌ字形梁をプローブとする本発明におけるプロ
ーブ装置を示す図である。

【図２】図１のプローブの一つを拡大して示す図であ
る。

【図３】（Ａ）はプローブを斥力制御する場合の電極と
プローブ駆動回路との結線図、（Ｂ）はプローブを引力
制御する場合の電極ＰＷと電極ＰＭとの結線図である。

【図４】本発明のメモリ装置の概略を示す図である。

【図５】図２に示すプローブに電極ＰＷを設けた実施例
を示す図である。

【図６】従来のプローブの不都合を説明するための図で
ある。

【図７】折り返し梁の形状を持つ本発明におけるプロー
ブＰＷを示す図である。

【図８】図７に示すプローブの腕に電極ＰＷを設けた場
合を示す図である。

【図９】図６のプローブの折り返し梁を１対使用して、
それぞれの腕の先端を結合した形状をなすプローブを示
す図である。

【図１０】図９に示した折り返し構造のプローブに、図
５のプローブのＮＰＮ絶縁構造を応用した電極ＰＷ付の
プローブを示す図である。

【図１１】折り返し梁の形状を持つプローブを用いた場
合の、該プローブの動作を説明するための図である。

【図１２】本発明のメモリ装置に適用される表面に格子
溝が形成されたメモリ基板の一例を示す図であり、
（Ａ）は断面模式図および（Ｂ）は平面模式図である。

【図１３】従来のプローブ装置の説明図である。

【符号の説明】

１Ａ半導体表面層１Ｂ絶縁体中間層１Ｃ半導体裏面層２プローブ２１プローブ本体２１ＡＬ字形梁の第１の腕２１ＢＬ字形梁の第２の腕２１０Ｐ形領域２２導電性針２２ａ導電性針の先端２３溝Ｐ１プローブ駆動用電極Ｐ３プローブ駆動用補助電極Ｓプローブ装置の基板面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性針を持つプローブが基板に形成さ
れたプローブ群支持部材を有するプローブ装置におい
て、前記プローブの本体が、前記プローブ群支持部材の基板
面に平行に張り出した前記基板から延伸する複数の腕を
結合してなる複合梁により構成され、前記導電性針が、前記複合梁の何れかの箇所に前記基板
面に対して垂直に取り付けられてなる、ことを特徴とす
る導電性針の位置ずれを低減したプローブ装置。
【請求項２】導電性針を持つプローブが基板に形成さ
れたプローブ群支持部材を有するプローブ装置におい
て、前記プローブの本体が、前記プローブ群支持部材の基板
面に平行に張り出した折り返し梁により構成され、前記折り返し梁の始端部が、前記プローブ群支持部材の
基板面に固定され、前記導電性針が、前記折り返し梁の終端部に取り付けら
れてなる、ことを特徴とする導電性針の位置ずれを低減
したプローブ装置。