JP3015978B2 - 情報処理装置 - Google Patents

情報処理装置

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JP3015978B2
JP3015978B2 JP3293907A JP29390791A JP3015978B2 JP 3015978 B2 JP3015978 B2 JP 3015978B2 JP 3293907 A JP3293907 A JP 3293907A JP 29390791 A JP29390791 A JP 29390791A JP 3015978 B2 JP3015978 B2 JP 3015978B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、探針と試料とを接近さ
せることによって生じる物理現象を利用し、媒体上に設
けたトラック溝に沿って、情報を記録し、再生し、ある
いは消去することのできる情報処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、探針と試料とを接近させ、そのと
きに生じる物理現象(トンネル現象等)を利用して物質
表面および表面近傍の電子構造を直接観察できる走査型
トンネル顕微鏡(以後STMと略す)が開発され[G.
Binnig et al.,Helvetica P
hysica Acta,55,726(198
2)]、単結晶、非晶質を問わず実空間像を高い分解能
で測定できるようになった。
【0003】また、かかるSTMは、媒体に対して電流
による損傷を与えずに、低電力で観測できる利点をも有
し、更には超高真空中のみならず、大気中、溶液中でも
動作し種々の材料に対して用いることができ、学術的あ
るいは研究分野での広範囲な応用が期待されている。
【0004】また、産業分野においても近年、原子ある
いは分子サイズの空間分解能を有する原理に着目し、記
録再生装置への応用、実用化が精力的に進められている
(特開昭63−161552、161553)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】かかる装置において
は、探針を試料面と平行に掃引しながら、何らかの電気
的な方法によって試料媒体の表面に情報を記録し、探針
と試料との接近によって生じる物理現象(トンネル電流
等)を測定することによって、記録された情報を再生す
ることが主たる目的である。
【0006】このような場合、情報の記録・再生をスム
ーズに行うためには、試料上に、ある規則性を持って情
報を並べることが必要である。つまり、トラック溝に沿
った情報の書き込み、読み出しが望まれる。
【0007】しかしながら、トラック溝の検出は、探針
と試料の接近によって生じるトンネル電流などの微弱な
信号を用いて行うために、特に速い走査の場合にトラッ
ク溝検出誤差が大きいことが問題となっている。
【0008】そこで、本発明では、この検出誤差の軽減
を行い、安定したフィードバック系による、情報の記録
・再生・消去、またはそれらの2種以上の組み合わせか
らなる情報処理装置におけるトラッキング機構を提供す
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために達成された本発明の構成は、トラック溝が形
成された記録媒体に対し探針を近接させる手段と、前記
探針を記録媒体面に対し平行に、トラック溝を横切る第
1の方向に繰り返し走査させながら、前記第1の方向と
直交する第2の方向に移動させることによって、記録媒
体面を2次元走査する手段と、前記探針と記録媒体との
間に生じる物理現象を検出する手段と、前記物理現象検
出手段の出力の変化から、探針を第1の方向に走査する
際のトラック溝の位置を検出する手段と、検出されたト
ラック溝の位置を参照してフィードバック制御により探
針の第1の方向への走査領域を移動させる手段とを備え
た情報処理装置において、先に第1の方向に複数回走査
した際のトラック溝の検出位置の平均位置を計算する手
段と、計算された平均位置と現在第1の方向に走査した
時に検出されたトラック溝の検出位置との差を算出する
手段と、算出された差が所定値よりも大きい場合に、フ
ィードバック量を零とし、探針の第1の方向への走査領
域を移動させない手段を設けたことを特徴としているも
のである
【0010】
【0011】すなわち、本発明の動作を詳述すると、探
針と記録媒体面を接近させると、その間に物理現象(ト
ンネル電流を例にとる)たるトンネル電流が流れる。そ
こで、探針を記録媒体面に平行に掃引(走査)しなが
ら、記録媒体面にあらかじめ形成されているトラック溝
を探針が通過したときに測定されるトンネル電流の変化
を検出し、その検出時に、印加している走査電圧自体を
参照することによってトラック溝エッジ位置を検出し、
その位置からフィードバック制御により、探針の走査領
域をトラック溝に沿って移動させる。
【0012】また、トラック溝位置を検出した際、過去
(既走査)における所定回数の検出位置電圧の平均値と
比較することによって、フィードバックの調整を行う。
【0013】これらの手段を用いた場合には、トラック
溝位置検出誤差を軽減でき、フィードバック制御を安定
化させた状態で探針の高速走査が可能となり、情報の書
き込み、読み出し、消去を効率よく短時間で行える。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【0015】[実施例1]図1に示すようなブロック構
成を用い、半導体プロセスにより形成された溝を持つ金
電極を試料として用いた場合の、高速走査によるトラッ
キングの実施例を示す。
【0016】まず、図1のブロック構成図における各部
の動作の説明から行う。試料1と探針2との間にはバイ
アス回路3により所定の電圧が印加され、その電圧によ
って両者を流れるトンネル電流が画像出力のための画像
データ生成部11、Z方向制御部4、データ抽出部1
0、そしてトラッキングのためのエッジ検出部8へ送ら
れる。画像データ生成部11では、得られたトンネル電
流信号より画像データを生成し、モニタ(CRT)12
に出力している。Z方向制御部4は、トンネル電流が一
定になるように探針2と試料1との距離をフィードバッ
ク制御している。
【0017】また、データ抽出部10は、トンネル電流
データから記録されてある情報をデジタルもしくはアナ
ログ値で取り出す部分である。エッジ検出部8は、あら
かじめリファレンス(参照)電流設定部9によって定め
られてある電流値と、測定電流値を比較し、測定電流値
が小さくなった瞬間に、ホールド回路部13へ所定の幅
と高さの電圧パルスを送る。
【0018】一方、XY方向走査はXYステージ5に取
り付けられた圧電素子に、X・Y走査電圧発生回路6、
7からの電圧を印加することによって行う。走査電圧は
また、ホールド回路13によって、エッジ検出部8によ
り出されるパルスのタイミング(エッジ検出のタイミン
グ)でホールドされ、次段のA/D変換部14によって
デジタル値に変換され、トラッキングデータとして処理
される。デジタル化された電圧信号は、ノイズ検出部1
6によって平均値と比較され、結果により後段のフィー
ドバック量生成部18に送られる。また、17は平均値
計算のモジュールである。
【0019】また、フィードバック量生成部18へ送ら
れた電圧値は、目標値設定部19で設定された目標値と
の差信号となってオフセット生成部20へ送られる。オ
フセット生成部20では、差信号からオフセット値を生
成し、D/A変換部15を通してステージにトラッキン
グのための電圧を、走査電圧に加える形で印加する。
【0020】次に、図2を用いて平均値の算出について
説明する。ノイズ検出部16によって出力された電圧
は、1/n部21を通り平均化本数(n)で割られる。
割られたデータは次のステップで加算部22とFIFO
部23に送られる。FIFOでは過去n個のデータを蓄
えており、新しいデータと入れ替わりにn個前のデータ
を出力する。加算部22では、新しいデータとバッファ
内にあった古いデータを足し、減算部24に送る。減算
部24ではFIFO部23から出力された過去のデータ
を、加算部22の出力から引き、バッファに送る。
【0021】すなわち、全体としては新しいデータを平
均値に足し込み、n個前のデータを引くことでn個のデ
ータの平均値を作る。バッファのデータは平均値として
ノイズ検出時に参照される。
【0022】次に、図3(a)〜(d)を用いて、トラ
ッキング機構部分の詳細な説明を行う。エッジ検出部8
は、トンネル電流(図3(a))があるリファレンス値
よりも小さくなったときに、エッジ検出のタイミングで
パルス信号をホールド回路部13へ送る(図3
(b))。ホールド回路部13は、エッジ検出タイミン
グ信号のタイミングでX方向走査電圧(図3(c))か
ら電圧をサンプリングし、ホールドする(図3
(d))。正常なエッジ検出の場合には、図3(a)〜
(d)に示したタイミングでホールド電圧から差信号が
算出され、オフセットに加えられる。
【0023】次に、検出位置に大きなノイズが含まれる
場合について説明する。一般的に、温度や振動によるド
リフトは、走査周波数に比べて非常に遅い動きである。
また、溝エッジ形状についても、現在では半導体プロセ
スなどを用いて、ナノメータの精度でシャープなものが
得られるようになっている。
【0024】しかしながら、STMの手法によるエッジ
検出では、毎回のエッジ検出位置について極端に大きな
変化は考えられないが、走査周波数が大きくなればなる
ほど、Z方向のフィードバックとのミスマッチが生じ、
STMの手法によるエッジ検出では、エッジ形状には起
因しないエッジ検出位置の乱れが生じることがあり問題
となっている。
【0025】そこで、この誤差を抑えるために、ノイズ
検出部16を設け、エッジ形状には起因しない、Z方向
のフィードバックの乱れより生じる検出電圧を除去する
ことによって誤差を抑制する方法を用いた。
【0026】図4(a)は入力電圧、図4(b)はノイ
ズ検出部出力、図4(c)はオフセット出力の信号を示
したものである。入力電圧の大きな変化量に対してノイ
ズ検出部16は、平均値算出部からの平均値(点線)と
の差Aを調べ、あらかじめ設定しておいた限界変化量と
比較する。そして、ノイズと判定した場合は、ノイズ検
出部16の出力を目標値設定部19の目標電圧に設定す
る。そうすることによって、後段のフィードバック量生
成部18による結果が0となり、オフセットに変化はな
いためステージは動かない。
【0027】また、このときの位置電圧データは平均値
計算部17には出力されないため、ノイズ信号は平均値
算出データには加わらない。こうして、速い走査による
検出誤差を抑制するとともに、間違った情報に基づくフ
ィードバックを防ぐことができる。
【0028】試料1たる記録媒体には、ガラス基板上に
形成されたAu薄膜上に半導体プロセスによって2μm
のラインアンドスペースでトラッキング溝を形成させた
ものを用いた。溝の深さは約30nm、溝の長さは30
μmであった。また、走査は幅1μm、長さ10μm
で、500Hzの速さで行った。
【0029】先ず、上記のような目標設定部19がない
場合に、平均値算出部17からの平均電圧値と現在の入
力電圧値との差信号(図4(a)中の差A)のみを用い
てフィードバック制御を行った場合、トラッキング精度
は約15nmとなった。半導体プロセスによって作られ
たトラック溝のエッジ形状の揺らぎ幅は、たかだた数Å
であることが電子顕微鏡などを用いた観察により明らか
になっており、その値に比べると極めて悪い精度である
ことが分かる。
【0030】そこで、ノイズ検出部16によって限界変
化量を過去10走査の平均値より±5nmとしトラッキ
ング制御を行ったところ、揺らぎがおよそ0.5nmと
なり、溝構造に起因する揺らぎの大きさと同程度とな
り、非常に向上したことを確認した。
【0031】[実施例2]次に、この情報処理装置を使
用し、特開昭63−161552号公報および特開昭6
3−161553号公報に開示されている記録媒体であ
る、Au電極上に積層されたスクエアリリウム−ビス−
6−オクチルアズレン(SOAZ)ラングシュア−ブロ
ジェット(LB)膜(2層膜)を試料として用い、記
録、再生および消去を行った実施例を示す。
【0032】Au電極には、実施例1で示した試料と同
様に半導体プロセスを用いて、トラック溝が形成されて
いる。この構成を用いて、XY方向に探針を1μmの
幅、10μmの長さで走査しながら、図1のブロック図
に示す構成の装置を用いてトラッキングを行いながら、
バイアス回路3によりバイアス電圧として波高値−6V
および+1.5Vの連続したパルス波を重畳した電圧を
試料・探針間に印加することで、電気的な情報の書き込
みを行った。
【0033】更に、得られるトンネル電流データからデ
ータ抽出を行い、記録情報の読み出しを複数回数繰り返
し行った結果、記録情報と再生情報が一致していること
を確かめた。
【0034】また、トンネル電流を画像処理した結果か
ら、繰り返し再生時に各画像データが誤差わずかに0.
1nmの精度で一致していることも確認された。また加
えて、試料上の記録を行った領域に探針が接近した時点
で、波高値3Vのパルス電圧をバイアス電圧に重畳する
走査を行ったところ、再生されるトンネル電流像及び抽
出情報から、記録された情報が消去されたことを確認し
た。
【0035】また、本具体例では物理情報としてトンネ
ル電流を測定する情報処理装置について述べたが、それ
以外に原子間力、容量、磁束や磁力などの微小信号を用
いた系においても同様に適用できる。
【0036】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、走
査によって生じるトラック溝エッジ検出誤差の影響を高
速にかつ簡単に抑制することができるため、高速で走査
した場合でも、より精度の高いトラッキングが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の情報処理装置に係るブロック構成図で
ある。
【図2】本発明に係るトラック溝検出値の平均値の算出
過程を示すブロック図である。
【図3】本発明に係る走査中のトンネル電流波形、トラ
ック溝(エッジ)位置検出パルス信号、走査電圧波形、
検出電圧(ホールド回路出力)波形を示す。
【図4】本発明に係る入力電圧、ノイズ検出部出力、オ
フセット出力の信号を示す。
【符号の説明】
1 試料(記録媒体) 2 探針 3 バイアス回路 4 Z方向制御回路 5 XYステージ 6 X方向走査電圧発生回路 7 Y方向走査電圧発生回路 8 エッジ検出部(トンネル電流比較) 9 リファレンス電流設定部 10 データ抽出部 11 画像データ生成部 12 モニタ 13 ホールド回路部 14 A/D変換部 15 D/A変換部 16 ノイズ検出部 17 平均値計算部 18 フィードバック量生成部 19 目標値設定部 20 オフセット生成部 21 1/n部 22 加算部 23 FIFO部 24 減算部 25 バッファ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山野 明彦 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 畑中 勝則 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 (56)参考文献 特開 平3−156749(JP,A) 特開 平4−129044(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 9/00 G11B 21/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トラック溝が形成された記録媒体に対し
    探針を近接させる手段と、前記探針を記録媒体面に対し
    平行に、トラック溝を横切る第1の方向に繰り返し走査
    させながら、前記第1の方向と直交する第2の方向に移
    動させることによって、記録媒体面を2次元走査する
    段と、前記探針と記録媒体との間に生じる物理現象を検
    出する手段と、前記物理現象検出手段の出力の変化か
    、探針を第1の方向に走査する際のトラック溝の位置
    を検出する手段と、検出されたトラック溝の位置を参照
    してフィードバック制御により探針の第1の方向への
    査領域を移動させる手段とを備えた情報処理装置におい
    て、先に第1の方向に複数回走査した際のトラック溝の
    検出位置の平均位置を計算する手段と、計算された平均
    位置と現在第1の方向に走査した時に検出されたトラッ
    ク溝の検出位置との差を算出する手段と、算出された差
    が所定値よりも大きい場合に、フィードバック量を零と
    し、探針の第1の方向への走査領域を移動させない手段
    を設けたことを特徴とする情報処理装置。
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