專利名稱：具有減少的傳導(dǎo)針位置不正的探頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)型存儲(chǔ)裝置的探頭裝置，其中精密的探頭由靜電力或由雙壓電晶片產(chǎn)生的力帶動(dòng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種上述類型的探頭裝置，其中與所述探頭相連的傳導(dǎo)針的位置不正可被減到最小或消除。
近些年來(lái)，使用精密探頭的不同類型的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)型存儲(chǔ)器件已被提出，用來(lái)代替硬盤存儲(chǔ)器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，例如CMOS器件(見日本專利申請(qǐng)公開No.4-98120，J.Sliwa，Jr.，MicrovibratoryMemery Device，日本專利申請(qǐng)公開No.4-289580(U.S.專利No.5216631，
公開日1993年6月)，以及日本專利申請(qǐng)公開No.4-364299)。這種存儲(chǔ)裝置使用微觀技術(shù)，其中雙壓電晶體帶動(dòng)的長(zhǎng)扁板形懸臂用作探頭。使用這些懸臂進(jìn)行記錄介質(zhì)中數(shù)據(jù)的讀寫。


圖1是一種常規(guī)的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)型存儲(chǔ)裝置的概貌。圖1所示的存儲(chǔ)裝置由探頭裝置100，存儲(chǔ)器襯底200，控制電路300以及寫讀電路400構(gòu)成。許多懸臂形探頭101在其末端具有傳導(dǎo)針102，被雙壓電晶片的力帶動(dòng)，并被形成在探頭裝置100的表面上。存儲(chǔ)介質(zhì)201形成在存儲(chǔ)器襯底200的表面上，用于讀寫的電極202形成在所述存儲(chǔ)介質(zhì)201的下方。探頭101被從控制電路300送到所述探頭101的信號(hào)開動(dòng)，通過(guò)在探頭101端部的傳導(dǎo)針和電極202之間施加讀寫電壓，進(jìn)行存儲(chǔ)介質(zhì)201中數(shù)據(jù)的讀寫。
如果探頭101的長(zhǎng)度太短，形成在其端部的傳導(dǎo)針102相對(duì)于存儲(chǔ)介質(zhì)201的運(yùn)動(dòng)距離不能設(shè)為大的值。相反，如果探頭101的長(zhǎng)度太長(zhǎng)，則傳導(dǎo)針102在垂直于探頭101的方向和平行于存儲(chǔ)介質(zhì)201的方向即水平就易于彎曲，從而發(fā)生傳導(dǎo)針102的位置不正。而且，當(dāng)探頭101被啟動(dòng)時(shí)，探頭必須沿啟動(dòng)方向彎曲，從而在探頭101的長(zhǎng)度方向發(fā)生傳導(dǎo)針102的位置不正。
如果每位的記錄區(qū)域(面積)被減到一個(gè)小的值，由于上述的位置不正就易于發(fā)生讀寫錯(cuò)誤，從而使系統(tǒng)可靠性下防降。為了阻止可靠性下降，需要增加記錄區(qū)域的尺寸。然而，這引起了新的問(wèn)題，即由于使用這種大的記錄區(qū)域而阻止了數(shù)據(jù)記錄密度的增加。
本發(fā)明提供一種具有減少的傳導(dǎo)針的位置不正的探頭裝置，它可以用于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)型存儲(chǔ)裝置中。本發(fā)明提供一種具有精密探頭的探頭裝置，例如用于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)型存儲(chǔ)裝置中，其中當(dāng)探頭被啟動(dòng)時(shí)所述探頭的傳導(dǎo)針的位置不正不易發(fā)生。本發(fā)明也有利于所述探頭的驅(qū)動(dòng)。
這樣，本發(fā)明通過(guò)合適地設(shè)計(jì)探頭的形狀和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，解決上述在用于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)存儲(chǔ)裝置中使用的常規(guī)的精密探頭中碰到的問(wèn)題所述的探頭裝置具有探頭組支撐件，其中具有傳導(dǎo)針的精密探針被形成在襯底上。該探頭裝置可用在例如運(yùn)動(dòng)介質(zhì)和存儲(chǔ)裝置和掃描探頭顯微鏡中。
例如，在探頭裝置用于存儲(chǔ)裝置的情況下，存儲(chǔ)裝置由存儲(chǔ)器襯底，探頭組支撐件，定位裝置，讀寫電路以及探頭驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成，其中存儲(chǔ)器襯底具有形成在其表面上的存儲(chǔ)介質(zhì)，在探頭組支撐件中，具有用于讀寫存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)針的探頭形成在襯底上，定位裝置被用于使傳導(dǎo)針在存儲(chǔ)介質(zhì)的表面上的各個(gè)規(guī)定位置上定位，使所述的全部傳導(dǎo)針同時(shí)定位，讀寫電路用來(lái)通過(guò)傳導(dǎo)針讀寫存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)，探頭驅(qū)動(dòng)裝置被安裝用于每個(gè)傳導(dǎo)針，并使存儲(chǔ)介質(zhì)的表面和傳導(dǎo)針的端部接觸。一個(gè)單個(gè)的探頭可安置于一個(gè)探頭裝置中，也可以安裝許多探頭。
在探頭被用于存儲(chǔ)裝置的情況下，安裝許多探頭，最好是大量的探頭(例如100,000個(gè)探頭對(duì)于一個(gè)存儲(chǔ)裝置)。通過(guò)安裝大量探頭，便可以增加每單位時(shí)間可以讀寫的數(shù)據(jù)量。探頭可以一維排列或兩維排列。不過(guò)，一般都是兩維排列，以便增加記錄密度。
探頭的主體可由合成桿構(gòu)成，所述合成桿由連接幾個(gè)臂形成，所述的臂從探頭組支撐件的襯底上伸出，并且所述合成直以平形于所術(shù)襯底的表面方向懸于所述襯底的上方?？墒褂酶鞣N形狀的零件構(gòu)成合成桿。例如，所述合成桿可以呈L形，由第一和第二臂構(gòu)成，具有兩個(gè)與襯底相連的點(diǎn)作為支撐點(diǎn)。此外，所述合成桿可以呈Y或T形，具有三個(gè)支撐點(diǎn)，或大致呈X形，具有四個(gè)支撐點(diǎn)。傳導(dǎo)針固定在合成桿的適當(dāng)位置，一般在臂的交點(diǎn)附近，或在與所述交點(diǎn)相應(yīng)的點(diǎn)上，使得所述傳導(dǎo)針垂直于襯底表面。例如，在L形合成桿的情況下，傳導(dǎo)針固定在每個(gè)L形臂的拐角附近。在合成桿呈X形的情況下，傳導(dǎo)針被固定在每個(gè)X形臂的交叉點(diǎn)附近。類似地，在合成桿為Y或T形的情況下，傳導(dǎo)針被固定在每個(gè)Y或T形桿的臂的連接點(diǎn)附近。
探頭可以被如此設(shè)計(jì)，使得所述探頭被雙壓電晶片產(chǎn)生的力啟動(dòng)，或被如此設(shè)計(jì)，使所述探頭被靜電力啟動(dòng)。被靜電力啟動(dòng)的探頭可以比被雙壓電晶片啟動(dòng)的探頭設(shè)計(jì)成較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
在探頭電靜電力啟動(dòng)的情況下，除襯底之外的部件例如存儲(chǔ)器襯底或被測(cè)量的材料，可作探頭驅(qū)動(dòng)電極，并且可以在所述電極和探頭之間產(chǎn)生靜電力，此處所用術(shù)語(yǔ)，除去在探頭應(yīng)用于存儲(chǔ)裝置的情況下探頭組支撐件的襯底指的是存儲(chǔ)介質(zhì)外，在探頭應(yīng)用于掃描探頭顯微鏡的情況下被測(cè)量的材料。
在探頭中，連接于探頭驅(qū)動(dòng)裝置和用于對(duì)傳導(dǎo)針施加規(guī)定電壓的電路的連線可用合適的和最佳的方法安裝。例如，在合成桿是L形時(shí)，系統(tǒng)一般這樣構(gòu)成，使每個(gè)合成桿的第一臂具有與探頭驅(qū)動(dòng)裝置相連的第一連線布置，從而使每個(gè)合成桿的第二臂具有和用于對(duì)傳導(dǎo)針施加規(guī)定電壓的電路連接的第二連線布置。在這種情況下，電極以及第一臂的第一連線布置借助于合適裝置與第二臂的第二連線布置絕緣。在合成桿為X形、Y形或T形的情況下，系統(tǒng)一般這樣設(shè)計(jì)，使得每個(gè)桿的至少一個(gè)臂具有第一連線布置，并且不具有所述第一連線布置的其它臂的至少一個(gè)臂具有第二連線布置。
在探頭的由靜電力啟動(dòng)的情況下，合成桿可用硅制成。例如，在合成桿為L(zhǎng)形時(shí)，所述桿可以這樣構(gòu)成，使得每個(gè)L形桿的第一臂作為第一連線布置，每個(gè)桿的第二臂作為第二引線布置，并通過(guò)PNP結(jié)或NPN結(jié)使所述第一、第二臂彼此隔離。在合成桿為X形、Y形或T形的情況下，可在合適的位置形成隔離部分，一般在X形的情況下在交點(diǎn)附近，或在Y形成T形的情況下在各個(gè)臂的連接點(diǎn)附近，借助于PNP結(jié)或NPN結(jié)形成所述隔離部分。
用來(lái)對(duì)傳導(dǎo)針提供規(guī)定電壓的電路在本發(fā)明應(yīng)用于存儲(chǔ)裝置的情況下由讀寫電路構(gòu)成。
探頭的主體也可以由折迭桿構(gòu)成，它與所述襯底的表面相平行地懸于探頭組支撐件的襯底的上方。在這種情況下，折迭桿的開始端被固定在探頭組支撐件襯底的表面上，并且傳導(dǎo)針被固定在折迭桿的終端部分。
折迭桿也可以這樣構(gòu)成，使得所述臂具有和探頭驅(qū)動(dòng)裝置連接的第一連線布置以及和對(duì)傳導(dǎo)針施加規(guī)定電壓的電路連接的第二連線布置，并且所述第一、第二連線布置彼此隔離。在這種情況下，折迭臂可以如此構(gòu)成，使得在具有開始端一側(cè)上的臂和具有終止端一側(cè)上的臂形成電極，用來(lái)在所述臂和襯底表面之間或與襯底之外的某部件之間產(chǎn)生靜電力，或只使具有終止端的一側(cè)上的臂形成這種電極。
在存儲(chǔ)裝置的情況下，當(dāng)探頭和各種電路例如讀寫電路(以后稱為W/R電路)和驅(qū)動(dòng)電路形成在同一襯底的表面上時(shí)，電路元件例如晶體管這樣形成，使得它們具有在探頭裝置的襯底表面上的厚度。
在用硅作成探頭的情況下，必須增加探頭端部的運(yùn)動(dòng)距離。結(jié)果，可能發(fā)生下述問(wèn)題。即，探頭由于產(chǎn)生電力而受到探頭和存儲(chǔ)器襯底之間的引力控制的情況下，驅(qū)動(dòng)力會(huì)被減小，因而不能實(shí)現(xiàn)良好的控制。因而，在探頭被靜電力啟動(dòng)的情況下，也能這樣構(gòu)成探頭，使得在其中電極具有平行于襯底的葉片的電極板安裝在探頭主體上，從而使在探頭和襯底即存儲(chǔ)器襯底或被測(cè)量的物質(zhì)之外的部件之間產(chǎn)生靜電吸引。
關(guān)于葉片的位置、形狀和數(shù)據(jù)，可以有各種結(jié)構(gòu)。例如，所述葉片可以和探頭主體的高度相同，或者可以從探頭主體向上突出。此外，所述葉片可以這樣形成，使得和探頭主體具有相同的寬度，或比探頭主體較寬或較窄。此外，在每個(gè)探頭主體上可以安裝單個(gè)葉片，或多個(gè)葉片。
葉片用于這種探頭中是理想的，但也可以用于由單個(gè)支點(diǎn)支撐的具有長(zhǎng)扁板形懸臂的探頭裝置中。換句話說(shuō)，在探頭是一種由靜電力啟動(dòng)的情況下，探頭主體可以如此構(gòu)成，使它們具有在襯底上的支點(diǎn)，并以平行于所述襯底的方向懸于所述襯底的上方。以平行于所述襯底的表面的方向懸于所述襯底上方的電極板可以固定在所述探頭主體上。
在需要增加在常規(guī)懸臂探頭中的靜電吸引的情況下，需要增加探頭主體的寬度。然而，在探頭主體的寬度增加時(shí)，探頭主體的彈性常數(shù)也增加。結(jié)果，不可能獲得足夠量的彎曲。因?yàn)閺椥猿?shù)大伴隨彎曲量的任何改變產(chǎn)生的接觸力的改變就大。
然而，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，探頭主體不用作產(chǎn)生靜電吸引的電極，也不用作產(chǎn)生靜電吸引的主電極。而是使用固定于探頭主體的分開的電極作為產(chǎn)生靜電吸引的電極。作為這種結(jié)構(gòu)的結(jié)果，探頭主體的彈性常數(shù)和葉片面積可以獨(dú)立地設(shè)計(jì)。
類似于上述葉片的效果和優(yōu)點(diǎn)也可以不使用這種葉片獲得，而是通過(guò)加寬在傳導(dǎo)針的固定位置附近的每個(gè)探頭主體，或通過(guò)縮窄把所述探頭主體固定于襯底的區(qū)域內(nèi)的每個(gè)探頭主體。用這種方式，即使具有小的彈性常數(shù)，也可以增加靜電力。
在此處說(shuō)明的本發(fā)明使用的探頭可以用與用來(lái)制造探頭驅(qū)動(dòng)電路的過(guò)程分開的過(guò)程制造，或通過(guò)一系列的基于單片半導(dǎo)體處理和微切削加工的處理，和探頭驅(qū)動(dòng)電路一塊制造。
在本發(fā)明用于存儲(chǔ)裝置的情況下，希望通過(guò)單片半導(dǎo)體工藝制造這種探頭。作為使用這種工藝的結(jié)果，大量的探頭和與所述探頭有關(guān)的電路的制造過(guò)程可以常規(guī)制造過(guò)程大為減化，使得減少存儲(chǔ)裝置的整個(gè)成本。
在使用晶片制造探頭的情況下，可以使用具有不同層結(jié)構(gòu)的晶片作為襯底。一般使用的晶片是由硅表面層、氧化硅中間層以及硅墊層構(gòu)成的晶片，這種晶片可容易地從晶片制造者得到。通過(guò)使用這種晶片，可以由硅表面層形成探頭主體(桿)。
探頭也可以使用塊狀硅晶片制造。在這種情況下，探頭主體一般使用多晶硅制成，多晶硅被層迭在在硅層表面上形成的氧化硅層的表面上。
圖1是說(shuō)明常規(guī)探頭裝置的示意圖；圖2是說(shuō)明本發(fā)是探頭裝置的示意圖，其中用L形桿作為探頭；圖3是圖2所示一個(gè)探頭的放大圖；圖4(A)是電極和探頭驅(qū)動(dòng)電路之間的連線的示意圖，其中探頭由推斥力控制；圖4(B)是電極(PW)和電極(PM)之間的連線示意圖，其中探頭被吸引力控制；圖5是按照本發(fā)明構(gòu)成的存儲(chǔ)裝置的外形圖；圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中，其中電極(PW)被裝在圖3所示的探頭上。
圖7是說(shuō)明常規(guī)探頭中所存問(wèn)題的圖；圖8是本發(fā)明的具有折迭桿形狀的探頭的圖；圖9是說(shuō)明電極(PW)被裝在圖8所示探頭的一個(gè)臂上的圖；圖10是說(shuō)明具有通過(guò)連接圖7所示探頭中使用的類型的一對(duì)折迭桿的各個(gè)臂形成的探頭的圖11說(shuō)明配備有電極(PW)的探頭，其中圖6所示的NPN隔離的探頭結(jié)構(gòu)應(yīng)用于圖10所示的折迭結(jié)構(gòu)的探頭；圖12說(shuō)明具有折迭形狀的探頭的啟動(dòng)；以及圖13說(shuō)明存儲(chǔ)器襯底的一個(gè)例子，它具有形成在被用于本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置中的其表面內(nèi)形成的格形槽，其中圖13(A)是樣品的截面圖，圖13(B)是樣品的平面圖。
下面的標(biāo)號(hào)在圖中的意義是(1A)半導(dǎo)體表面層，(1B)絕緣中間層，(1C)半導(dǎo)體墊層，(2)探頭，(21)探頭主體，(21A)國(guó)形桿的第一臂，(21B)L形桿的第二臂，(210)P型區(qū)，(22)傳導(dǎo)針，(22a)傳導(dǎo)針的端部，(23)槽，(P1)探頭驅(qū)動(dòng)電極，(P3)探頭驅(qū)動(dòng)輔助電極，以及(S)探頭裝置襯底的表面。
圖2說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中此處披露的探頭用于存儲(chǔ)裝置中。在圖2中，探頭2成在探頭裝置1中被形成矩陣。W/R電路31和探頭驅(qū)動(dòng)電路32和所述探頭2相應(yīng)，被形成在每個(gè)所述探頭2的附近。探頭2，W/R電路31以及探頭驅(qū)動(dòng)電路32構(gòu)成探頭單元4?？偩€5形成在探頭裝置1的表面上。W/R電路31和探頭驅(qū)動(dòng)電路32和安裝在探頭裝置1周圍的電路通過(guò)總線5和形成在探頭裝置1上的端子(圖中未示出)交換信號(hào)。在探頭裝置1中，探頭2，W/R電路31，探頭驅(qū)動(dòng)電路32以及總線5通過(guò)單片半導(dǎo)體處理(下面說(shuō)明)形成。
圖2所示的一個(gè)探針2在圖3中詳細(xì)示出3。這探頭2由包括1A、1B和1C(下面說(shuō)明)的晶片制造。探頭2的主體21由L形桿構(gòu)成，L形桿包括從探頭裝置1以懸掛方式突出的第一和第二臂21A和21B。圖3中未示出探頭主體2的支撐點(diǎn)。
探頭主體21這樣形成，使得它以在槽23上方懸掛著伸出。半導(dǎo)體墊層1C在槽23的底部露出。兩個(gè)臂21A和21B由半導(dǎo)體表面層1A1形成。第一和第二臂21A和21B是兩個(gè)N型半導(dǎo)體。P型區(qū)210在第一第二臂21A、21B的邊界區(qū)域形成，使得第一和第二臂21A、21B彼此接觸而又被P型區(qū)210彼此隔離。
第一臂21A的墊層構(gòu)成探頭2的驅(qū)動(dòng)電極P1。傳導(dǎo)針22在第二臂21B的角上形成。傳導(dǎo)針22的端部22a是具有均勻橫截面的圓柱體。該端部22a實(shí)現(xiàn)和存儲(chǔ)介質(zhì)21的接觸(見圖5)。
在圖3中，面向第一臂21A的半導(dǎo)體墊層1C的暴露的表面部分形成第二極P2。由半導(dǎo)體表面層1A形成的一對(duì)輔助電極P3、P3被形成在沿第一臂21A所在側(cè)的槽23的襯底表面S上。
如圖4(A)所示，電極P1、P2和P3和探頭驅(qū)動(dòng)電路32相連。在圖4(A)中，探頭驅(qū)動(dòng)電路32如此連接，使得電極P1和P2是負(fù)極，并且輔助電極P3是正電極。通過(guò)在電極P1、P2和P3之間施加合適的電壓V完成所需的控制。
圖5說(shuō)明本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置。圖5表示上述類型的探頭裝置1或下述的探頭裝置1，包括形成在襯底1上的探頭單元4和存儲(chǔ)襯底7。在圖5中，定位裝置91用來(lái)使探頭2(見圖2和圖3)的各個(gè)傳導(dǎo)針22定位在形成存儲(chǔ)襯底7的表面層的存儲(chǔ)介質(zhì)71上的所需位置上，并且在同時(shí)所全部所述的針定位。如果探頭裝置1和存儲(chǔ)襯底7之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的最大距離等于傳導(dǎo)針22的間距就足夠了。
探頭2(見圖2圖3)用定位裝置91(圖5)定位在規(guī)定位置，并由探頭驅(qū)動(dòng)電路32進(jìn)行斥力驅(qū)動(dòng)控制。在探頭(圖2、圖3)中，L形角的部分以兩個(gè)臂21A和21B的被支撐的部分作為支點(diǎn)被啟動(dòng)。換句話說(shuō)，傳導(dǎo)針32垂直于存儲(chǔ)介質(zhì)71的表面運(yùn)動(dòng)，但不平行于所述表面運(yùn)動(dòng)。因而，便沒有由于探頭主體21在平行于襯底表面S的方向上的彎曲而引起的傳導(dǎo)針22的位置不正問(wèn)題。這樣，傳導(dǎo)針22可被精確地定位。
圖5說(shuō)明存儲(chǔ)器襯底的X-Y運(yùn)動(dòng)由定位裝置91控制的情況。不過(guò)，也可這樣設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使得探頭裝置1的X-Y運(yùn)動(dòng)被控制。此外，也可這樣設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使存儲(chǔ)的襯底7沿X方向運(yùn)動(dòng)被控制而探頭裝置1沿Y方向的運(yùn)動(dòng)被控制。在圖5中，定位裝置91是一種概念性表示，和實(shí)際的定位裝置不同。
在圖2中，W/R電路31和探頭驅(qū)動(dòng)電路32被安裝在接近探頭2的位置。因而，這些電路尤其是W/R電路9和探頭之間的連線距離極短從而使分布電容和噪聲的影響幾乎可以忽略。
如圖3所示，每個(gè)探頭2的傳導(dǎo)針22通過(guò)第二臂21B和相應(yīng)的W/R電路31(見圖2)相連，第二臂21B作為導(dǎo)線和布線(圖中未示出)。如果探針主體由層迭結(jié)構(gòu)制成，則可能由于在制造期間探針主體的變形而不能實(shí)際應(yīng)用。然而，因?yàn)樘结樦黧w21的結(jié)構(gòu)如圖3所示，具有單層結(jié)構(gòu)，因而不會(huì)發(fā)生引起實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的變形。
在存儲(chǔ)器裝置中，存儲(chǔ)器襯底7可用作通過(guò)靜電力與探頭相互作用的電極。在這種情況下探頭借助于所述探頭和存儲(chǔ)的襯底7之間的靜電力受到引力控制。一般地說(shuō)，探頭在引力控制的情況下比在斥力控制的情況下的控制電壓較小。
在這種探頭主體21(圖2、3)的情況下，W/R電路31和探頭驅(qū)動(dòng)電路32一般如此形成，它們從襯底S向上突出(見圖3)。結(jié)果，探頭主體21和存儲(chǔ)器襯底7之間的距離被增加，從而使得在某些情況下即使探頭采用吸力控制也不能達(dá)到探頭2的良好控制。
在這種情況下，如圖6所示，具有平行于存儲(chǔ)器襯底7的葉片的電極PW可在探頭主體21的端部上面對(duì)所述存儲(chǔ)襯底7的規(guī)定的高度上形成。在這種情況下，(如圖6所示)，電極PW被安裝在每個(gè)探頭的第一臂21A上。不過(guò)，圖3所示的輔助電極P3未被安裝。在電極PW和形成在存儲(chǔ)器襯底7上的電極PM之間的吸力控制由圖4(B)所示的線路裝置完成。
圖4(B)示出在探頭2采用吸力控制的情況下電極PW和PM的極性。電極PW和PM和相應(yīng)的探頭驅(qū)動(dòng)電路32電氣相連。在圖4(B)中，探頭驅(qū)動(dòng)電路32如此接線，使得電極PM是負(fù)極而電極PW為正極。通過(guò)在PM和PW這間施加合適電壓V可以實(shí)現(xiàn)所需的控制。通過(guò)安裝電極PW，可以用小電壓控制探頭2。
在圖3和6所示的使用探頭2的存儲(chǔ)裝置中，W/R電路31和探頭驅(qū)動(dòng)電路32安裝于探頭2附近。因而，分布電容的影響和噪聲的響應(yīng)幾乎可以忽略。在使用圖3和圖6所示的探頭2的存儲(chǔ)裝置中，每個(gè)探頭的第二臂21B與第一臂21A在空間上分開。因而，在作為連線的第二臂21B中發(fā)生的雜散電容幾乎可以忽略。
顯然，圖6所示的探頭2可根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明由在微切削技術(shù)和半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域的人員容易地制造，如本申請(qǐng)人在日本專利申請(qǐng)(Mitsuchika，Saito，You-Wen Yi，A Memory Device，Hewlett-Packard Company docket number 1094596-2)。
關(guān)于圖3和6所示的探頭2，在探頭2被啟動(dòng)時(shí)，可能發(fā)生在平行于襯底表面S的方向傳導(dǎo)針端部22a位置不正的情況下(圖7(i)和(ii)。圖7(i)表示圖3的探頭2在驅(qū)動(dòng)以前的情況，而圖7(ii)表示所述探頭2在驅(qū)動(dòng)以后的情況。
在某種程度上，這種位置不正可以預(yù)測(cè)并可以補(bǔ)償。然而，當(dāng)所述的位置不正成為一個(gè)問(wèn)題時(shí)，可以由包括臂211和212的折迭桿構(gòu)成探頭主體21，如圖8所示。
在圖8中，臂211的最終的端部被固定在探頭裝置1的襯底上，并且探頭主體21被這樣形成，使其以懸掛的方式從襯底表面S突出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，襯底S由絕緣的中間層1B的平面構(gòu)成。傳導(dǎo)針22被這樣固定到折迭桿的另一個(gè)終端部分的端部，使得所述針面向存儲(chǔ)器襯底7(見圖5)。每個(gè)傳導(dǎo)針22的端部22a以具有均勻橫截面的圓柱體形成。探頭主體21具有半導(dǎo)體層a，它由半導(dǎo)體表面層1A形成，并與探頭驅(qū)動(dòng)電路32相連(見圖2，圖5)，以及絕緣層6，它形成在所述半導(dǎo)體層a的頂上。金屬布線層C形成在所述絕緣層b的表面上。傳導(dǎo)針22和W/R電路31(見圖2)用該金屬布線層C電氣相連。
探頭主體21被如此形成，使其在槽23上方以懸掛方式突出。半導(dǎo)體墊層1C被暴露在槽23的底部。該半導(dǎo)體墊層1C和半導(dǎo)體電極層a由絕緣中間層1B彼此絕緣。半導(dǎo)體層a形成驅(qū)動(dòng)電極P1，槽23的底面，即半導(dǎo)體層1C的暴露的表面，形成驅(qū)動(dòng)電極P2。由上述半導(dǎo)體表面層1A制成的輔助電極P3沿槽23的長(zhǎng)度部分形成在襯底表面上。
圖9表示電極PW被安裝于探頭主體21的臂212上的情況(如圖8所示)。半導(dǎo)體層a在探頭2的終端露出，傳導(dǎo)針22形成在所述露出部分上。在這種情況下，不安裝輔助電極P3(圖8)。
圖10表示一種探頭2，這具有由連接一對(duì)如圖9所示的折迭桿的各個(gè)臂的端部所形成的左右對(duì)稱的形狀。該探頭主體由臂211，212213和214構(gòu)成，它們平行于探頭襯底1的襯底表面S以懸掛的方式伸出。臂211和212彼此平行臂213和214彼此平行。探頭主體21由臂211-214構(gòu)成。由臂211的213構(gòu)成的L形桿的角部被固定在探頭裝置1的襯底上。傳導(dǎo)針22被固定在由臂212和214形成的L形桿的角部。電極P1形成在各個(gè)臂211-214的下表面上。用于連接傳導(dǎo)針22和W/R電路的金屬布線層C被安裝在各個(gè)臂211-214上。
圖11表示具有電極的探頭2，其中圖6所示的探頭的NPN隔離結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于圖10所示的折迭結(jié)構(gòu)的探頭上。電極PW使用所述電極和存儲(chǔ)器襯底7之間的靜電力(圖5)實(shí)現(xiàn)吸力控制。在具有例如圖9圖10所示的迭層結(jié)構(gòu)的探頭主體的情況下，在制造期間可能發(fā)生變形，從而不能實(shí)際應(yīng)用。然而如圖11所示的探頭主體21具有單層結(jié)構(gòu)。因而，正如圖6所示的探頭的情況，沒有成為實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的任何變形發(fā)生。
借助于形成如圖8-11所示的折迭桿形的探頭，可以這樣構(gòu)成系統(tǒng)，使得傳導(dǎo)針22a的位置不正或多成少地被消除，而不管探頭主體21的運(yùn)動(dòng)程度如何(如圖12(i)和(ii)所示，其中圖12(i)表示圖8的探頭2在驅(qū)動(dòng)前的情況，圖12(ii)表示所述探頭2在驅(qū)動(dòng)后的情況)。
用于存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器襯底2可用各種方法制造。例如，具有在表面上形成有存儲(chǔ)介質(zhì)21的扁板形襯底，或在所述扁板形存儲(chǔ)介質(zhì)中形成有格形槽的襯底都可使用。
圖13(A)和13(B)分別為樣品的截面圖和平面圖，表明具有在其表面內(nèi)形成有格形槽的存儲(chǔ)器襯底7的一個(gè)例子，并且可被用于本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置中。存儲(chǔ)器襯底7Si襯底具有大約10到100μm的厚度，并形成大約每邊1cm的方磚(tile)。該存儲(chǔ)器襯底7通過(guò)層迭襯底72和存儲(chǔ)介質(zhì)71形成。在所述襯底7的整個(gè)表面上在存儲(chǔ)襯底7中形成有分開的槽73。
一般地說(shuō)，如果存儲(chǔ)器襯底太薄則由在制造期間由所述襯底的熱膨脹或熱收縮引起的變形易于發(fā)生。然而，因?yàn)榇鎯?chǔ)器襯底(圖13(A)和(B)所示)在其表面上具有分開的槽73，因而即使所述存儲(chǔ)的襯底7是薄的也不會(huì)引起變形。因而，在定位裝置91(見圖5)移動(dòng)存儲(chǔ)器襯底7的情況下，由于重量的減少使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述存儲(chǔ)器襯底7的高速運(yùn)動(dòng)。槽73可通過(guò)例如光刻以及蝕刻的方法形成。
一般希望分開的槽73這樣被形成，使所述槽73位于存儲(chǔ)介質(zhì)71的各個(gè)記錄區(qū)域的邊界上，所述的每個(gè)記錄區(qū)域是由一個(gè)探頭存取的區(qū)域。如果分開的槽73的角度太長(zhǎng)，則不能使變形減少到所需的程度。所述分開的槽73一般形成在所有記錄區(qū)域的邊界上。如果分開的槽73的間隔太小，則不可能使分開的槽73位于相鄰的記錄區(qū)域的邊界上。
在由在制造期間的熱膨脹或熱收縮引起的變形成為問(wèn)題的情況下，分開的槽73可以這樣被形成，使得所述槽73的深度等于存儲(chǔ)襯底7的厚度的一半或一半以上。
這里的探頭發(fā)明具有一探頭組支撐件，在所述支撐件中具有傳導(dǎo)針的探頭被形成在襯底上。探頭主體由合成桿構(gòu)成，借助于連接多個(gè)從探頭組支撐件的襯底伸出的臂形成所述合成桿，它以平行于所述襯底平面的方向懸在所述襯底上方。傳導(dǎo)針被垂直于襯底平面固定在每個(gè)合成桿的某點(diǎn)上。
本探頭發(fā)明包括至少下述的最佳配置
·一種探頭裝置，其中至少一個(gè)組成每個(gè)合成桿的臂具有第一線路設(shè)置，它與探頭驅(qū)動(dòng)裝置相連；至少一個(gè)每個(gè)合成桿的其它臂具有第二線路設(shè)置，它與用來(lái)向傳導(dǎo)針施加規(guī)定電壓的電路相連；并且第一線路設(shè)置和第二線路設(shè)置互相絕緣。
·一種探頭裝置，其中第一臂或所有臂具有在所述臂與和第一線路設(shè)置相連的襯底之間的產(chǎn)生靜電力的電極，該電極或者在所述臂和不是所述襯底的部件之間產(chǎn)生靜電力。
·一種探頭裝置，其中合成桿由硅構(gòu)成，第一臂(或多個(gè)臂)作為第一線路設(shè)置；其它臂(或多個(gè)臂)作為第二線路設(shè)置；并且第一臂(或多個(gè)臂)以及其它一個(gè)臂(或多個(gè)臂)由PNP結(jié)或NPN結(jié)彼此隔離。
·一種探頭裝置，其中合成桿由大致呈L形的桿構(gòu)成，每個(gè)L形桿包括第一臂和第二臂，它們平行于探頭組支撐件的襯鍍的平面以懸掛方式伸出；位于L形桿的拐角部分的所述臂的相對(duì)端的第一第二臂的端部被固定于探頭組支撐件上；并且傳導(dǎo)針被固定于L形桿的拐角部分，使所述針垂直于襯底平面。
·一種探頭裝置，它具有探頭組支撐件，在所述支撐件中具有傳導(dǎo)針的探頭形成在基片上；探頭的主體由折迭桿構(gòu)成，折迭桿平行于所述襯底表面懸掛于探頭組支撐件襯底的上方；折迭桿的開始的端部被固定在探頭但支撐件的襯底的表面上；傳導(dǎo)針被固定于折迭桿的終端部分。
·一種探頭裝置，其中折迭臂具有第一線路設(shè)置，它與探頭驅(qū)動(dòng)裝置相連，以及第二線路設(shè)置，它與給傳導(dǎo)針提供規(guī)定電壓的電路相連；并且第一線路設(shè)置和第二臂的第二線路位置絕緣。
·一種探頭裝置，其中在具有開始端的一側(cè)上的臂和在具有終止端一側(cè)上的臂都具有電極，用來(lái)在所述臂和襯底平面之間或和某個(gè)不是襯底的構(gòu)件之間產(chǎn)生靜電力，或只在具有終止端的一側(cè)上的臂上具有這種電極。
·一種探頭裝置，其中除襯底之外的部件以及探頭通過(guò)靜電力相互作用。
·一種探頭裝置，其中電極具有帶有平行于襯底的葉片的電極板，所述電極板和除襯底之外的部分發(fā)生靜電相互作用。
·一種探頭裝置，其中被固定在襯底上的探頭部分具有窄的寬度，或者在其上形成有傳導(dǎo)針的部分具有寬的寬度。
·一種探頭裝置，其中襯底由晶片制造，所述晶片包括半導(dǎo)體表面層，絕緣中間層和半導(dǎo)體墊層，并且探頭主體由所述晶片的半導(dǎo)體表面層形成。
按上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)·當(dāng)探頭被啟動(dòng)時(shí)不易發(fā)生傳導(dǎo)針的位置不正，因而，可靠性高。尤其是本發(fā)是用于存儲(chǔ)裝置的情況下，記錄區(qū)(每位的面積)可以減小，因而比使用長(zhǎng)的扁板形懸臂的常規(guī)的存儲(chǔ)裝置可以增加記錄密度。
·因而本發(fā)明中可以使用由靜電力啟動(dòng)的探針或由壓電力啟動(dòng)的探頭，所以增加了探頭設(shè)計(jì)的自由度。
·在探頭由靜電力啟動(dòng)的情況下，所述探頭可由在所述探頭和除所述探頭的襯底例如存儲(chǔ)器襯底之外的部件之間產(chǎn)生的靜電力啟動(dòng)。因而，可以增加探頭驅(qū)動(dòng)力。具體地說(shuō)，借助于在探頭上安裝電極，即使在各種電路從探頭裝置的襯底表面凸出的情況下也能確保足夠的驅(qū)動(dòng)力。
在本發(fā)明應(yīng)用于存儲(chǔ)裝置的情況下，使用合成桿(例如由第一第二臂構(gòu)成的L形桿)可以這樣構(gòu)成系統(tǒng)，使得進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的連線(例如在L形桿情況下的每個(gè)桿的第二臂)和具有驅(qū)動(dòng)電極的每個(gè)探頭的臂(例如L形桿情況下的每個(gè)桿的第一臂)在空間上彼此分開。在這種情況下，在用于讀寫數(shù)據(jù)的引線和電極之間的雜散電容可以減到最小。
雖然本發(fā)明參照實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，不脫離本發(fā)明的構(gòu)思可以做出各種改型，因而，本發(fā)明只被下面所附的權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種具有減少的傳導(dǎo)針位置不正的探頭裝置，包括探頭組支撐件，其具有一個(gè)襯底表面，在其上形成具有傳導(dǎo)針的探頭；其中所述探頭的主體由合成桿構(gòu)成，所述合成桿通過(guò)連接從所述探頭組支撐件的所述襯底延伸的幾個(gè)臂形成，并且它沿平行于所述襯底的表面方向懸掛在所述襯底上方；以及其中所述傳導(dǎo)針垂直于所述襯底表面固定在至少一個(gè)所述合成桿的一點(diǎn)上。
2.一種具有減少的傳導(dǎo)針位置不正的探頭裝置，包括探頭組支撐件，其具有一個(gè)襯底表面，在其上形成具有傳導(dǎo)針的探頭；其中所述探頭的主體由折迭桿構(gòu)成，它沿平行于所述襯底表面的方向懸掛于所述探頭支撐件襯底表面的上方；其中所述折迭桿的開始端部分被固定在所述襯底表面上；以及其中所述傳導(dǎo)針被固定在所述折迭桿的終止端部分。
3.一種探頭裝置，包括探頭組支撐件，在其中具有傳導(dǎo)針的探頭形成在襯底上；其中所述探頭的主體由合成桿制成，所述合成桿通過(guò)連接從探頭組支撐件的襯底延伸的幾個(gè)臂形成，并且它以平行于所述襯底的表面方向懸掛于所述襯底的上方；以及其中所述傳導(dǎo)針被垂直于襯底表面固定在每個(gè)所述合成桿上的一點(diǎn)上。
4.如權(quán)利要求，的探頭裝置，其中至少一個(gè)組成每個(gè)合成桿的臂還包括與探頭驅(qū)動(dòng)裝置相連的第一線路設(shè)置；以及其中至少每個(gè)合成桿的其它臂的一個(gè)還包括與用來(lái)為所述傳導(dǎo)針施加規(guī)定電壓的電路相連的第二線路設(shè)置；其中所述第一線路設(shè)置和所述第二線路設(shè)置彼此絕緣。
5.如權(quán)利要求3的探頭裝置，其中所述第一臂還包括在所述臂和襯底之間產(chǎn)生靜電力的電極，所述電極或者與第一線路設(shè)置相連或者連接在所述臂和不是所述襯底的一個(gè)部件之間。
6.如權(quán)利要求5的探頭裝置，其中所述合成桿由硅制成，并且還包括作為所述第一線路設(shè)置的第一臂；以及作為第二線路設(shè)置的第二臂；其中所述第一臂和所述第二臂由PNP結(jié)或NPN結(jié)彼此隔離。
7.如權(quán)利要求3的探頭裝置，其中所述合成桿由大致為L(zhǎng)形的桿構(gòu)成，每個(gè)桿包括第一臂和第二臂，它們平行于探頭組支撐件的襯底表面以懸掛的方式伸出；其中位于L形桿的拐角的所述臂的相對(duì)端的第一第二臂的端部被固定在探頭組支撐件的襯底上；以及其中所述的傳導(dǎo)針被固定在所述L形桿的拐角處，使所述傳導(dǎo)針與襯底表面垂直。
8.一種探頭裝置，包括探頭組支撐件，在其中具有傳導(dǎo)針的探頭被形成在襯底表面上；其中所述探頭的主體由折迭桿構(gòu)成，它以平行于所述襯底表面的方向懸掛于探頭組支撐件上方；其中所述折迭桿的開始端部分被固定在探頭支撐件的襯底的表面上；以及其中所述傳導(dǎo)針被固定在所述折迭桿的終止端部分。
9.如權(quán)利要求8的探頭裝置，其中所述折迭臂還包括和探頭驅(qū)動(dòng)裝置相連的第一線路設(shè)置；以及和用于對(duì)傳導(dǎo)針施加規(guī)定電壓的電路相連的第二線路設(shè)置；以及其中所述第一線路設(shè)置和所述第二臂的第二線路設(shè)置彼此絕緣。
10.如權(quán)利要求9的探頭裝置，其中在具有開始端的一側(cè)的臂和具有終止端一側(cè)的臂還包括用來(lái)在所述臂和襯底表面或襯底之外的部件之間產(chǎn)生靜電力的電極，或只在具有終止端的一側(cè)上的臂具有這種電極。
11.如權(quán)利要求9的探頭裝置，其中在具有終止端一側(cè)的臂還包括用來(lái)在所述臂和在襯底的表面或和所述襯底之外的部件之間產(chǎn)生靜電力的電極。
12.如權(quán)利要求8的探頭裝置，其中所述襯底之外的部件和所述探頭通過(guò)靜電力相互作用。
13.如權(quán)利要求12的探頭裝置，還包括具有帶有平行于襯底的葉片的電極板的電極，其中所述的電極板和所述襯底之外的部件通過(guò)靜電相互作用。
14.如權(quán)利要求12的探頭裝置，其中所述被固定在所述襯底上的探頭部分用窄的寬度形成，或在其上形成有傳導(dǎo)針的探頭部分具有寬的寬度。
15.如權(quán)利要求12的探頭裝置，其中所述在其上形成所述傳導(dǎo)針的探頭部分具有寬的寬度。
16.如權(quán)利要求8的探頭裝置，其中所述襯底由晶片制造，所述晶片包括半導(dǎo)體表面層，絕緣中間層以及半導(dǎo)體墊層，并且其中所述探頭包括由所述晶片的所述半導(dǎo)體表面層形成的主體。
全文摘要
一種探頭裝置，包括具有襯底的探頭組支撐件，在所述襯底上形成具有傳導(dǎo)針的探頭。探頭的主體由合成桿例如L形桿構(gòu)成，所述L形桿通過(guò)連接幾個(gè)臂例如從探頭組支撐件的襯底伸出的第一，第二臂形成，它沿平行于襯底表面的方向懸掛于襯底上方。傳導(dǎo)針垂直于襯底表面被固定在每個(gè)合成桿上的一個(gè)選擇點(diǎn)上。
文檔編號(hào)G11B9/00GK1145487SQ9512038
公開日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1995年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月28日
發(fā)明者M·齋藤, Y·W·伊 申請(qǐng)人:惠普公司