JP3056900B2 - 情報記録再生方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報記録媒体に情報を
記録したり、情報記録媒体に記録された情報を再生する
情報記録再生方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報記憶素子ないし情報記憶装置、いわ
ゆるメモリーは、コンピュータおよびその関連機器の中
核をなすものであるのみならず、ビデオディスク、ディ
ジタルオーディオディスク等に見られるように映像装
置、音響装置の中でも重要な地位を占めている。このメ
モリーに要求される性能はその用途によって異なるが、
一般的には、 高密度で記録容量が大きい。 記録再生の応答速度が速い。 消費電力が少ない。 生産性が高く、価格が低い。 等が挙げられ、現在もこうした性能を実現するメモリー
方式やメモリー媒体の開発が極めて活発に進められてい
る。

【０００３】従来、メモリーの中心は磁性体、半導体を
素材とした磁気メモリー、半導体メモリーであったが、
近年、レーザー技術の進展に伴い、有機色素、フォトポ
リマー等の有機薄膜を用いた、安価で高密度な光メモリ
ーが登場している。

【０００４】現在これらのメモリーをさらに高密度で大
容量にするために単位メモリービットの微細化に向けて
の技術開発が進められているが、これらの従来のメモリ
ーとは全く別の原理に基づくメモリーの提案もされてい
る。例えば、個々の有機分子に論理素子やメモリー素子
の機能を持たせた分子電子デバイスの概念もその１つで
ある。分子電子デバイスは単位メモリービットの微細化
を極限まで進めたものと見ることができるが、これまで
個々の分子にいかにアクセスするかが問題とされてき
た。

【０００５】この問題を解決する可能性を持った技術と
して最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察できる
走査型トンネル顕微鏡（以下、「ＳＴＭ」という）が開
発され［Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，５７（１９８２）］、単結晶、
非結晶を問わず実空間像を高い分解能で観察できるよう
になった。

【０００６】ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導
電性物質の間に電圧を加えて、両者の距離を１ｎｍ程度
まで近づけるとトンネル電流が流れることを利用してい
る。この電流は両者の距離変化に極めて敏感であって、
このトンネル電流を一定に保つように両者の距離を制御
しながら探針を導電性物質の表面上で走査することによ
り、この導電性物質の実空間の表面構成を描くことがで
きると同時に表面原子の全電子雲に関する種々の情報を
も読み取ることができる。この際、面内方向の分解能は
１Å程度である。したがって、ＳＴＭの原理を応用すれ
ば、十分に原子オーダー（数Å）での高密度記録再生を
行なうことが可能である。この際の記録再生方法として
は、粒子線（電子線、イオン線）、あるいはＸ線等の高
エネルギー電磁波、および可視・紫外光等のエネルギー
線を用いて適当な記録層の表面状態を変化させて記録を
行ない、ＳＴＭ装置で再生する方法や、記録層として印
加電圧によって導電度の異なる状態へ遷移するスイッチ
ング特性を有し、かつ、電導度の異なる各状態が、電圧
を印加しない状態でも保持されるメモリー特性を有して
いる媒体、例えば、π電子共役系を豊富に含む有機化合
物やカルコゲン化合物の薄膜層を用いて記録、再生を共
にＳＴＭ装置で行なう方法等が提案されている。

【０００７】また、ＳＴＭの原理を応用し、半導体中に
電荷を蓄積することにより記録を行ない、蓄積電荷によ
る局所的電気容量変化を検出することにより再生を行な
う方法も開発されている［Ｂａｒｒｅｔ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，７０，２７２５（１
９９１）］。

【０００８】一方、ＳＴＭの技術を応用した原子間力顕
微鏡（以下、「ＡＦＭ」という）が開発され［Ｂｉｎｎ
ｉｇ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，
５６，９３０（１９８６）］、ＳＴＭと同様、表面の凹
凸情報を得ることができるようになった。ＡＦＭは、試
料表面に対して１ｎｍ以下の距離まで接近させた探針を
支持するカンチレバー（弾性体）が、試料と探針との間
に働く力を受けてたわむ量から逆に力を検出し、この力
を一定にするように試料と探針との間の距離を制御しな
がら試料表面を走査することにより、試料表面の三次元
形状をナノメートル以下の分解能で観察するものであ
る。ＡＦＭでは、ＳＴＭのように試料が導電性を有する
必要がなく、絶縁性試料、特に半導体レジスト面や、生
体高分子等を原子・分子のオーダーで観察可能であるた
め、広い応用が期待され、これを利用した情報記録再生
装置も提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＳＴＭの技術を応用した情報記録方法および装置で
は、探針を記録媒体に対して極めて微小な間隔を保ちな
がら動かすことは困難であり、探針と記録媒体とが強く
接触してしまうと、探針の先端あるいは記録媒体が損傷
してしまうというおそれがあった。これを防止するため
には、探針と記録媒体との距離を検出する手段を設け、
探針と記録媒体との距離が一定となるようにフィードバ
ック制御すればよいが、これでは極めて高精度の制御が
必要となるとともに、装置構成も複雑になってしまうと
いう問題点があった。

【００１０】そこで本発明は、装置構成が複雑になるこ
となく、探針と記録媒体との距離制御をより簡便な形で
行なえる情報記録再生方法および装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の情報記録再生方法は、記録媒体と、前記記録媒
体に対向して弾性体に支持された探針との間隔を位置調
整し、前記記録媒体に情報を記録したり前記記録媒体に
記録された情報を再生する情報記録再生方法において、
前記探針と前記記録媒体とを吸着させたときに両者の間
に働く引力で、前記弾性体を弾性変形させて前記位置調
整を行なうことを特徴とする。

【００１２】また、前記記録媒体と前記探針との間に電
流を発生させるための電圧印加手段を設け、前記探針が
前記情報記録媒体へ吸着するときに前記探針と前記記録
媒体との間に流れる電流の変化を検知することで、前記
探針の前記記録媒体に対する位置を検知するものでもよ
く、この場合には前記位置調整を、前記探針が吸着した
位置近傍において行なうものでもよい。

【００１３】さらに、前記記録媒体と前記探針との間に
電流を発生させるための電圧印加手段を設け、前記探針
が前記記録媒体に吸着した後、前記探針が前記記録媒体
から脱離するときに前記探針と前記記録媒体との間に流
れる電流の変化を検出することで、前記探針の前記記録
媒体に対する位置を検知するものでもよく、この場合に
は前記位置調整を、前記探針が吸着した位置と、前記探
針が脱離した位置との間で行なうものでもよい。

【００１４】そして、前記探針を複数個の探針とし、そ
れぞれが個別の弾性体により支持されているものとし、
前記位置調整を、前記複数の探針毎にそれぞれ独立して
行なうものや、前記弾性体として駆動手段を有するもの
を用い、前記位置調整を前記駆動手段により行なうもの
であってもよい。

【００１５】本発明の情報記録再生装置は、記録媒体
と、弾性体に支持されて前記記録媒体に対向配置された
探針とを有し、前記記録媒体に情報を記録したり前記記
録媒体に記録された情報を再生する情報記録再生装置に
おいて、前記探針の前記記録媒体に対する間隔の位置調
整を行なうために前記探針を前記記録媒体に吸着させ、
前記探針と前記記録媒体との間に引力が働く範囲内で、
前記弾性体を弾性変形させるように、前記探針と前記記
録媒体とを相対的に移動させる駆動手段を有することを
特徴とする。

【００１６】また、前記探針の前記記録媒体への吸着を
検出する手段を有するものでもよく、この場合には前記
吸着を検出する手段が、前記記録媒体と前記探針との間
に電流を発生させるための電圧印加手段、および前記ト
ンネル電流を検出する手段であってもよい。

【００１７】さらに、前記探針が前記記録媒体に吸着し
た後、前記探針の前記記録媒体からの脱離を検出する手
段を有するものでもよく、この場合には前記脱離を検出
する手段が、前記記録媒体と前記探針との間に電流を発
生させるための電圧印加手段、および前記トンネル電流
を検出する手段であってもよい。

【００１８】そして、前記探針を複数個の探針とし、そ
れぞれが個別の弾性体により支持されているものや、前
記駆動手段が、前記弾性体に設けられているものであっ
てもよい。

【００１９】また、前記記録媒体の、前記探針との対向
面には吸着層が設けられているものでもよく、前記吸着
層は液体からなるものとしたり、さらには前記液体は水
であるものでもよい。

【００２０】さらに、前記電圧印加手段と前記探針との
間に、過電流防止用の電気抵抗が設けられているもの
や、前記弾性体の弾性定数は、１Ｎ／ｍ以下であるもの
でもよい。

【００２１】

【作用】上記のとおり構成された本発明では、探針によ
って記録媒体に情報を記録したり、記録媒体に記録され
ている情報を再生するとき、探針と記録媒体とを接近さ
せたときに両者の間に働く引力で、探針を支持する弾性
体を弾性変形させて探針を記録媒体に吸着させることで
探針と記録媒体との位置調整を行なうことにより、探針
は記録媒体に強く接触することがなくなる。この結果、
記録再生中の探針や記録媒体の破壊が防止される。ま
た、探針の記録媒体に対する位置を直接検出しなくても
探針と記録媒体との位置調整を行なうことができるの
で、この位置調整のための特別なサーボ回路等を必要と
せず、装置構成が簡単になる。そして、探針の記録媒体
への吸着、あるいは記録媒体からの脱離は、記録媒体と
探針との間に電圧を印加して電流を発生させ、探針と記
録媒体との間に流れる電流の変化を検出することにより
検知可能である。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２３】図１は、本発明の情報記録再生装置の一実
施例の概略構成図である。図１に示すように、ベース１
５０には、複数個のｚ方向駆動素子１１０およびｘｙ駆
動機構１０９を介して基板電極１０７が支持されてい
る。基板電極１０７は、ｚ方向駆動回路１１２からの駆
動信号に基づく各ｚ方向駆動素子１１０の駆動によりｚ
方向に移動されるとともに、ｘｙ方向駆動回路１１１か
らの駆動信号に基づくｘｙ駆動機構１０９の駆動により
ｘｙ方向に移動され、後述するマルチプローブユニット
１０４とのｘｙ方向位置あわせ、ｚ方向位置制御、およ
び傾き制御が行なわれる。基板電極１０７には、表面に
吸着層１０８が形成された記録媒体１０２が設けられて
いる。吸着層１０８は、厚さが１０ｎｍ以下の薄い層で
あり、その材料としては、水、ブチルアルコール等のア
ルコール類、トルエン等の芳香族炭化水素類、デカン等
のパラフィン類、あるいは油脂等、室温で液体状態のも
のを選び、これを蒸着法やスピンコート法、あるいは浸
潤法で記録媒体１０２の表面に吸着させればよい。ま
た、室温で固体状態のものであっても、例えば、アラキ
ジン酸のような両親媒性化合物をラングミュア・ブロジ
ェット法により記録媒体１０２の表面に薄膜に形成して
もよい。

【００２４】一方、記録媒体１０２の表面に対向する部
位には、弾性体として働く片持ち梁状の複数個のマイク
ロアクチュエータ１０３を有するマルチプローブユニッ
ト１０４が、ベース１５０に固定されて配置されてい
る。各マイクロアクチュエータ１０３は、それぞれ一端
に、先端が尖鋭な探針１０１が形成されるとともに、他
端がマルチプローブユニット１０４に一体となって固定
され、マイクロアクチュエータ駆動回路１０６からの駆
動信号によりそれぞれ独立してｚ方向に変位するもので
ある。そして、各マイクロアクチュエータ１０３のｚ方
向への変位により、各探針１０１は吸着層１０８を突き
破ってあるいは吸着層１０８越しに記録媒体１０２の表
面に接触可能となっている。

【００２５】各マイクロアクチュエータ１０３の構成と
しては、例えば、米国特許第４９０６８４０号に開示さ
れているような微小圧電アクチュエータを用いることが
できる。これは、図２に示すように、Ｓｉ基板１０３ａ
にＳｉＯ₂ 層１０３ｂを形成し、さらにその上に、Ｚｎ
Ｏ等の圧電材料１０３ｄをＡｕ等の金属電極１０３ｃで
挟持した構造を２層にしたもので、両圧電材料１０３ｄ
に電圧を印加することにより各圧電材料１０３ｄにはｘ
ｙ平面内に対して伸縮逆方向の歪みが発生し、その結果
マイクロアクチュエータ１０３にたわみが生じて探針１
０１がｚ方向に変位する。以上の説明から明らかなよう
に、各マイクロアクチュエータ１０３はそれぞれ弾性体
として機能するとともに、各マイクロアクチュエータ１
０３およびマイクロアクチュエータ駆動回路１０６によ
り、探針１０１の記録媒体１０２に対する位置調整を行
なうための駆動手段を構成する。

【００２６】また、図１に示したように、記録用電圧印
加回路１１５は、各マイクロアクチュエータ１０３と基
板電極１０７とに接続されており、この記録用電圧印加
回路１１５により各探針１０１と記録媒体１０２との間
に記録用電圧が印加される。電流検出回路１１６は各探
針１０１によって検出する電流を取り出すためのもので
あり、各探針１０１と記録媒体１０７との間に再生用電
圧を印加するための再生用電圧印加回路１１７を経て、
各マイクロアクチュエータ１０３と基板電極１０７とに
接続されている。各マイクロアクチュエータ１０３と記
録用電圧印加回路１１５とを接続する配線、および各マ
イクロアクチュエータ１０３と電流検出回路１１６とを
接続する配線には、それぞれ抵抗１１３、１１４が設け
られている。本実施例では、記録時および再生時には各
探針１０１は記録媒体１０２に接触状態にあるので、こ
れら各抵抗１１３、１１４は、記録再生時に記録用電圧
や再生用電圧を印加する際に、過電流が流れることによ
る各探針１０１の先端や記録媒体１０２の損傷を防ぐた
めの、過電流防止用の抵抗である。さらに、電流検出回
路１１６は、ｚ方向駆動回路１１２およびマイクロアク
チュエータ駆動回路１０６に駆動信号を出力させるため
のｚ方向位置制御回路１０５に接続されている。

【００２７】次に、本実施例のマイクロアクチュエータ
の動作について説明するが、その前に、記録媒体に吸着
層を設けていない場合のマイクロアクチュエータの動作
について説明する。

【００２８】図３は、記録媒体に吸着層を設けていない
場合のマイクロアクチュエータの動作の説明図であり、
図４は、図３に示したマイクロアクチュエータの動作の
際の、マイクロアクチュエータへの駆動信号と、探針先
端と記録媒体間の間隔との関係を示すグラフである。

【００２９】まず、マイクロアクチュエータへの駆動信
号が与えられていない場合には、探針３０１は図３およ
び図４中のＡに示す位置にある。この状態で探針３０１
に駆動信号を与えると、その増大に応じて探針３０１の
先端は記録媒体３０２に直線的に近づいていく。さらに
駆動信号を大きくしていくと、探針３０１と記録媒体３
０２との間には図５に示すようなファンデルワールス力
による引力が働いてマイクロアクチュエータ３０３のた
わみ量が増す。このファンデルワールス力は、そして、
探針３０１が図３および図４図中のＢで示す位置に達す
ると、図５に示すように、その位置Ｂにおけるファンデ
ルワールス力曲線の傾きがマイクロアクチュエータ３０
３のたわみに関する弾性定数の値を越えるので、探針３
０１の先端の、記録媒体３０２の表面への吸着による跳
びが発生し、一気にＣで示す位置に達する。これ以降
は、駆動信号を大きくしても探針３０１と記録媒体３０
２の間隔はほとんど変化せず、零のままである（図４中
のＣ→Ｅ）。

【００３０】ここで、さらに駆動信号を大きくしていく
と探針３０１と記録媒体３０２との間に働く引力は急激
に弱くなり、Ｄで示す位置を越えると両者間には逆に斥
力が働くようになる。一方、Ｅで示す状態から駆動信号
を減じていくと、Ｃを通過してＦとなった状態におい
て、図５に示すように、ファンデルワールス力曲線の傾
きがマイクロアクチュエータ３０３のたわみに関する弾
性定数の値を越えるので、探針３０１の先端の、記録媒
体３０２の表面からの脱離による跳びが発生し、一気に
Ｇで示す位置に達する。これ以降は、再び駆動信号の減
少に応じて探針３０１の先端は記録媒体３０２から直線
的に離れていき、最終的にはＡで示した位置に戻る。以
上説明したように探針３０１の先端と記録媒体３０２と
の間に、探針３０１の記録媒体３０２への吸着、あるい
は探針３０１の記録媒体３０２からの脱離による跳びが
生じるため、図４に示した曲線にはＢ→Ｃ→Ｆ→Ｇに示
されるようなヒステリシスが現われる。

【００３１】次に、図１に示したように記録媒体１０２
の表面に吸着層１０８を設けた場合の、マイクロアクチ
ュエータ１０３の動作について説明する。この場合に
は、図３および図４に示した、吸着層を設けない場合に
比べてヒステリシスが大きくなり、この様子を図６およ
び図７に示す。

【００３２】図６は、図１に示した情報記録再生装置で
のマイクロアクチュエータの動作の説明図であり、図７
は、図６に示したマイクロアクチュエータの動作の際
の、マイクロアクチュエータへの駆動信号と、探針先端
と記録媒体間の間隔との関係を示すグラフである。

【００３３】図６および図７に示すように、探針１０１
をＡに示した位置から記録媒体１０２に近づけてゆく
と、探針１０１は、吸着層のない場合に跳びを生ずる位
置に比べて記録媒体１０２との間隔の大きい位置である
Ｂ’で吸着による跳びを生じ、Ｃ’に示す位置に達す
る。これは、探針１０１の先端が吸着層１０８の表面に
近づいた際に、両者の間にファンデルワールス力による
引力が働き、吸着層１０８を構成する物質が探針１０１
側に引き寄せられて探針１０１の先端部に付着し、その
表面張力によって探針１０１を記録媒体１０２側に引き
付けるからである。

【００３４】逆に、この状態からマイクロアクチュエー
タ１０３への駆動信号を減少させ、記録媒体１０２の表
面から探針１０１を離そうとしても、吸着層１０８の表
面張力が探針１０１に働くので、探針１０１は、吸着層
のない場合に比べて、より駆動信号を減少させた位置で
あるＦ’で初めて、脱離による跳びを生じ、Ｇ’で示す
位置に達する。

【００３５】以上説明したように、記録媒体１０２の表
面に吸着層１０８を設けることで、図７に示した曲線に
おけるヒステリシスが大きくなり、しかも、探針１０１
の吸着および脱離による跳びの量も大きくなる。

【００３６】ここで、探針の先端と記録媒体との間に加
わる力について説明する。

【００３７】図３および図４に示した、吸着層を設けな
い場合については、探針３０１の先端と記録媒体３０２
の間隔をＡの位置から近づけていくときの、図４に示し
た直線の延長線上で探針３０１の先端と記録媒体３０２
の間隔が零になる点をＤとすると、この点Ｄは図５に示
した点Ｄに対応し、この位置においては探針３０１と記
録媒体３０２との間に加わるファンデルワールス力は零
となる。したがって、図４中のＤ→Ｃ→Ｆの位置におい
ては探針３０１と記録媒体３０２は接触状態にあるにも
かかわらず、両者間には負の力、すなわち引力が働いて
いることになる。

【００３８】そこで、記録再生中には記録媒体３０２に
対する探針３０１の位置を図４中のＤ→Ｃ→Ｆの範囲内
に設定すれば、探針３０１と記録媒体３０２との間に斥
力が働くことがない。そのことにより、探針３０１や記
録媒体３０２には大きな圧力が加わらず、記録再生中の
探針３０１の先端や記録媒体３０２の破壊の確率を低減
することができる。また、上述したＤ→Ｃ→Ｆの範囲で
は、探針３０１の先端と記録媒体３０２は接触状態にあ
り両者の間隔はほぼ零に保たれているので、Ｄ→Ｃ→Ｆ
の範囲のうちＦの位置のごく近傍を除いた位置では、記
録再生中にマイクロアクチュエータ３０３を支持するマ
ルチプローブユニットと記録媒体３０２との間隔が多少
変動しても、あるいはマイクロアクチュエータ３０３へ
の駆動信号が多少揺らいでも、探針３０１の先端と記録
媒体３０２との間隔は一定に保たれる。

【００３９】図６および図７に示した、吸着層１０８を
設けた場合についても、探針１０１の先端と記録媒体１
０２の間隔をＡ’の位置から近づけていくときの、図７
に示した直線の延長線上で探針１０１の先端と記録媒体
１０２の間隔が零になる点をＤ’とすると、この点Ｄ’
は図５に示した点Ｄに対応するので、吸着層を設けない
場合と同様に、記録再生中の記録媒体１０２に対する探
針１０１の位置を図７中のＤ’→Ｃ’→Ｆ’の範囲内に
設定すれば、記録再生中の探針１０１の先端や記録媒体
１０２の破壊の確率を低減することができる。また、こ
のＤ’→Ｃ’→Ｆ’の範囲のうちＦ’の位置のごく近傍
を除いた位置では、記録再生中にマイクロアクチュエー
タ１０３を支持するマルチプローブユニット１０４（図
１参照）と記録媒体１０２との間隔が多少変動しても、
あるいはマイクロアクチュエータ１０３への駆動信号が
多少揺らいでも、探針１０１の先端と記録媒体１０２と
の間隔は一定に保たれる。

【００４０】ここで、記録媒体１０２の表面に吸着層１
０８を設けた場合には、上述したようにヒステリシスが
大きくなるので、吸着層１０８を設けない場合に比べて
Ｄ’→Ｃ’→Ｆ’の範囲が大きくなる。このため、記録
再生中の記録媒体１０２に対する探針１０１の位置の設
定がより容易になる。

【００４１】ヒステリシスを大きくする方法としては、
この他に、再生用電圧印加回路１１７（図１参照）によ
り探針１０１と記録倍他１０２との間にバイアス電圧を
印加してもよい。バイアス電圧を印加することにより探
針１０１と記録媒体１０２との間には静電力による引力
が生じるが、この引力の大きさは探針１０１と記録媒体
１０２との間の間隔のマイナス２乗に比例するので、吸
着時より脱離時の方が大きく、ヒステリシスが大きくな
る。

【００４２】次に、記録媒体１０２に対する探針１０１
の実際の位置制御の方法について図８および図９を用い
て説明する。

【００４３】まず、探針１０１と記録媒体１０２との間
に、再生用電圧印加回路１１７により再生用電圧を印加
し、その時に探針１０１と記録媒体１０２との間に流れ
る電流を電流検出回路１１６で検出しておく。

【００４４】探針１０１が記録媒体１０２から離れてい
る状態では、検出電流値は図９の（ｂ）に示す検出可能
最小電流値Ｉ_L 以下であるが、マイクロアクチュエータ
１０３を駆動して、探針１０１を記録媒体１０２に近づ
けていくと、図９の（ａ）に示す、Ｂ’からＣ’への跳
びが生じて探針１０１は記録媒体１０２に吸着し、それ
と同時に電流検出回路１１６により検出可能な電流が流
れるようになる。ここで、電流検出回路１１６の、電流
検出回路飽和レベルＩ_U と検出可能最小電流値Ｉ_L との
間に、予め電流しきい値Ｉ_thを設定しておき、これを越
える電流値が検出されたとき、これから逆に、Ｂ’から
Ｃ’への跳びが生じたと判断し、ｚ方向位置制御回路１
０５（図１参照）に電流検出信号を送る。このときの、
マイクロアクチュエータ１０３への駆動信号の値をＶ₁
とする。

【００４５】探針１０１が記録媒体１０２に吸着してい
る状態からマイクロアクチュエータ１０３を逆向きに駆
動して、探針１０１を記録媒体１０２から離そうとする
と、図９の（ａ）に示す、Ｆ’からＧ’への跳びが生じ
て探針１０１が記録媒体１０２から離れ、両者間には電
流が流れなくなる。そこで、電流検出回路１１６による
検出電流値が図９の（ｂ）に示すように電流しきい値Ｉ
_th以下になったとき、これから逆に、Ｆ’からＧ’への
跳びが生じたと判断し、ｚ方向位置制御回路１０５に電
流非検出信号を送る。このときのマイクロアクチュエー
タ１０３への駆動信号の値をＶ₂ とする。

【００４６】このようにしてＶ₁ とＶ₂ の値を求めた
後、再びマイクロアクチュエータ１０３を駆動してＢ’
からＣ’への跳びを生じさせ、駆動信号をＶ₁ とＶ₂ の
間の値、例えば（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）／２に設定すれば、探針
１０１の先端と記録媒体１０２との間隔を直接検出しな
くても、探針１０１の先端と記録媒体１０２との位置関
係をＣ’とＦ’の間に設定することができる。また、探
針１０１や記録媒体１０２が破壊されやすい材質の場合
は、マイクロアクチュエータ１０３への駆動信号をＶ₁
とＶ₂ の中間よりＶ₂ に近い値に設定することにより、
探針１０１の先端と記録媒体１０２との位置関係を、
Ｆ’に近い点に設定することができる。これにより、探
針１０１の先端と記録媒体１０２との接触の度合が小さ
くなり、探針１０１の先端や記録媒体１０２が破壊され
る確率を低減することができる。

【００４７】マイクロアクチュエータ１０３の別の駆動
方法としては、上述したＶ₁ の値のみを求め、探針１０
１の先端を記録媒体１０２に吸着させる際のマイクロア
クチュエータ１０３への駆動信号をＶ₁ に設定してもよ
い。この場合には、Ｖ₂ の値を求める必要がなくなる
が、Ｖ₁ とＶ₂ の間に設定する場合に比べ、探針１０１
の先端と記録媒体１０２との接触の度合が大きくなるた
め、探針１０１の先端や記録媒体１０２が破壊される確
率がわずかながら増加する。

【００４８】以上説明したような探針１０１と記録媒体
１０２との相対位置制御方法を、複数の探針１０１と記
録媒体１０２との相対位置制御に適用する場合について
図１０を用いて説明する。

【００４９】図１０の（ａ）に示すように、複数個のマ
イクロアクチュエータ１０３がマルチプローブユニット
１０４（図１参照）に一体となって支持されていても、
各マイクロアクチュエータ１０３は製造上の寸法誤差や
マルチプローブユニット１０４そのものが有するうねり
等により、それぞれ初期状態のたわみ量にはばらつきが
生じている。また、各探針１０１の高さや、記録媒体１
０２の表面のうねり等も存在するため、各探針１０１の
先端と記録媒体１０２との間隔はまちまちであり、通常
は１μｍ程度のばらつきがある。

【００５０】このような初期状態にある各マイクロアク
チュエータ１０３を、それぞれ独立して駆動していく
と、図１０の（ｂ）に示すように各探針１０１は、初期
状態で探針１０１と記録媒体１０２との間隔が小さかっ
たものから順（図１０中ではｆ→ｂ→ｄの順）に跳びを
生じ、記録媒体１０２の表面に吸着していく。

【００５１】そして、記録媒体１０２の表面に吸着した
探針１０１を支持するマイクロアクチュエータ１０３か
ら順に、それぞれ独立して、前述した探針１０１と記録
媒体１０２との相対位置制御を行ない、最終的には図１
０の（ｃ）に示すように全ての探針１０１が記録媒体１
０２に吸着した状態で相対位置制御を完了する。

【００５２】このような制御方法により、複数個の探針
１０１と記録媒体１０２との間隔の制御においては、個
々のマイクロアクチュエータ１０３に対して直流的な駆
動信号での制御が可能となるので、交流的なフィードバ
ック制御を行なう必要がなく、制御回路を大幅に簡略化
することができる。

【００５３】このような制御方法の概念は、探針１０１
がマイクロアクチュエータ１０３に設けられている場合
のみならず、マイクロアクチュエータ１０３にかえて、
アクチュエータ機能のない単なる微小弾性体とした場合
にも応用可能である。以下に、微小弾性体としてマイク
ロカンチレバーを用いた場合の探針と記録媒体との相対
位置制御方法について、図１１を用いて説明する。

【００５４】図１１の（ａ）に示すように、初期状態に
おいては各マイクロカンチレバー５０３のたわみ量のば
らつき等により、各探針５０１と記録媒体５０２との間
隔にはばらつきが生じている。

【００５５】このような初期状態から、ｚ方向駆動素子
１１０（図１参照）により記録媒体５０２を図示上方に
移動させると、図１１の（ｂ）に示すように各探針５０
１は、初期状態で探針５０１と記録媒体５０２との間隔
が小さかったものから順（図１１中ではｆ’→ｂ’→
ｄ’の順）に跳びを生じ、記録媒体５０２の表面に吸着
していく。

【００５６】そして、記録媒体５０２をさらに図示上方
に移動させ、図１１の（ｃ）に示すように全ての探針５
０１の先端が記録媒体５０２に吸着したら、ｚ方向駆動
素子１１０を逆向きに駆動して記録媒体５０２を図示下
方に移動させる。このとき、最初の探針５０１（ｆ’）
が記録媒体５０２に吸着した駆動位置と、最後の探針５
０１（ａ’）が記録媒体５０２に吸着した駆動位置との
中間位置でｚ方向駆動素子１１０の駆動信号を保持する
ことで、図１１の（ｄ）に示すように全ての探針５０１
が記録媒体５０２に吸着した状態で相対位置制御を完了
する。

【００５７】このように、アクチュエータ機能のないマ
イクロカンチレバー５０３に探針５０１を設けた場合に
も、図４や図７に示した場合と同様に、探針５０１の先
端が記録媒体５０２に吸着した状態から離れるまでにヒ
ステリシスを有するので、個々のマイクロカンチレバー
５０３のばらつきを、図１１の（ｃ）に示すような探針
５０１と記録媒体５０２との間に斥力の働く強い接触状
態でなく、図１１の（ｄ）に示すような弱い接触状態で
補正することが可能である。ただし、個々のマイクロカ
ンチレバー５０３のばらつきをこのような方法で補正
し、全ての探針５０１を記録媒体５０２に対して近づけ
た状態に保つことができるのは、ばらつきの大きさが、
図４、図７、あるいは図９に示したＦからＧへの跳び、
あるいはＦ’からＧ’への跳びに対応する距離よりも小
さいときである。

【００５８】前述したヒステリシスの大きさを大きくす
るには、図１０に示したマイクロアクチュエータ１０３
や図１１に示したマイクロカンチレバー５０３の弾性定
数を小さくすればよい。しかし、この弾性定数が小さす
ぎると、記録再生時に横方向（ｘｙ方向）の力によりね
じれが生じ、前記横方向の位置ずれが大きくなってしま
う。そこで、マイクロアクチュエータ１０３およびマイ
クロカンチレバー５０３の弾性定数は、０．００１〜１
Ｎ／ｍの範囲であることが好ましい。いま、仮にマイク
ロカンチレバー１０３の弾性定数を０．１Ｎ／ｍ、脱離
時の跳びの距離（図７中のＦ’からＧ’までの距離）を
０．５μｍとすると、探針１０１の先端と記録媒体１０
２との間に働く引力の大きさを０〜５×１０^-8Ｎの間で
設定可能である。

【００５９】また、本実施例では、吸着層が記録媒体の
表面に形成されているものの例を示したが、本発明の概
念はこれに限定されるものではなく、例えば図１２に示
すように、記録媒体７０２の表面ではなく、探針７０１
の先端部に吸着層７０８を設けても同様の効果が得られ
る。

【００６０】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【００６１】本発明の情報記録再生方法では、探針と記
録媒体とを吸着させたときに両者の間に働く引力で弾性
体を弾性変形させて、探針の記録媒体に対する位置調整
を行なうことで、前記位置調整がより簡単に行なえ、探
針が複数個ある場合でも個々の探針毎の位置調整のため
の特別な制御を必要とせず、記録再生中の記録媒体や探
針の破壊を効果的に防止できる。

【００６２】また、探針の記録媒体に対する吸着あるい
は脱離は、その時のトンネル電流の変化を検出すること
で容易に検知することができる。

【００６３】本発明の情報記録再生装置では、探針の記
録媒体に対する間隔の位置調整を行なうために探針を記
録媒体に吸着させ、探針と記録媒体との間に引力が働く
範囲内で、弾性体を弾性変形させるように、探針と記録
媒体とを相対的に移動させる駆動手段を有することで、
探針が複数個ある場合でも個々の探針毎の位置調整のた
めの特別なサーボ回路を必要としなくても前記位置調整
を簡単に行なえる。その結果、装置構成を簡略化するこ
とができるとともに、記録再生中の記録媒体や探針の破
壊を効果的に防止できる。

【００６４】また、記録媒体の、探針と対向する面に吸
着層を設けることで、駆動手段の駆動に対して探針が記
録媒体に吸着されている範囲が大きくなるので、探針の
位置調整の許容範囲が大きくなり、位置調整をより簡単
に行なうことができる。

【００６５】さらに、電圧印加手段と探針との間に、過
電流防止用の電気抵抗を設けることで、記録再生中に記
録用電圧や再生用電圧を印加する際、過電流が流れるこ
とによる探針の先端や記録媒体の損傷を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報記録再生装置の一実施例の概略構
成図である。

【図２】図１に示したマイクロアクチュエータの断面図
である。

【図３】記録媒体に吸着層を設けていない場合のマイク
ロアクチュエータの動作の説明図である。

【図４】図３に示したマイクロアクチュエータの動作の
際の、マイクロアクチュエータへの駆動信号と、探針先
端と記録媒体間の間隔との関係を示すグラフである。

【図５】図３に示したマイクロアクチュエータの動作の
際に発生する跳びを説明するための、探針と記録媒体の
間隔と、ファンデルワールス力との関係を示すグラフで
ある。

【図６】図１に示した情報記録再生装置でのマイクロア
クチュエータの動作の説明図である。

【図７】図６に示したマイクロアクチュエータの動作の
際の、マイクロアクチュエータへの駆動信号と、探針先
端と記録媒体間の間隔との関係を示すグラフである。

【図８】図１に示した情報記録再生装置のうち、１つの
マイクロアクチュエータの駆動に関わる部分の要部構成
図である。

【図９】図８に示したマイクロアクチュエータの制御を
説明するためのグラフであり、同図（ａ）は、マイクロ
アクチュエータへの駆動信号と、探針先端と記録媒体と
の間隔との関係を示すグラフ、同図（ｂ）は、マイクロ
アクチュエータと検出電流値との関係を示すグラフであ
る。

【図１０】複数のマイクロアクチュエータの駆動の制御
を説明するための図であり、同図（ａ）は初期状態、同
図（ｂ）は駆動途中の状態、同図（ｃ）は制御完了状態
を、それぞれ示す。

【図１１】マイクロアクチュエータにかえてマイクロカ
ンチレバーを用いた場合のマイクロカンチレバーの駆動
の制御を説明するための図であり、同図（ａ）は初期状
態、同図（ｂ）は駆動途中前半の状態、同図（ｃ）は駆
動途中後半の状態、同図（ｄ）は制御完了の状態を、そ
れぞれ示す。

【図１２】吸着層を探針の先端部に設けた例の探針近傍
の概略断面図であり、同図（ａ）は、探針が記録媒体か
ら離れている状態の断面図、同図（ｂ）は、探針が記録
媒体に接触している状態の断面図である。

【符号の説明】

１０１、３０１、５０１、７０１ 探針 １０２、３０２、５０２、７０２ 記録媒体 １０３、３０３ マイクロアクチュエータ １０４ マルチプローブユニット １０５ ｚ方向位置制御回路 １０６ マイクロアクチュエータ駆動回路 １０７ 基板電極 １０８、７０８ 吸着層 １０９ ｘｙ駆動機構 １１０ ｚ方向駆動素子 １１１ ｘｙ方向駆動回路 １１２ ｚ方向駆動回路 １１３、１１４ 抵抗 １１５ 記録用電圧印加回路 １１６ 電流検出回路 １１７ 再生用電圧印加回路 １５０ ベース ５０３ マイクロカンチレバー

フロントページの続き (72)発明者 酒井 邦裕 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 瀧本 清 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 川瀬 俊光 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５−40970（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−40969（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−40968（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 9/14

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体と、前記記録媒体に対向して弾
   性体に支持された探針との間隔を位置調整し、前記記録
   媒体に情報を記録したり前記記録媒体に記録された情報
   を再生する情報記録再生方法において、 前記探針と前記記録媒体とを吸着させたときに両者の間
   に働く引力で、前記弾性体を弾性変形させて前記位置調
   整を行なうことを特徴とする情報記録再生方法。
2. 【請求項２】 前記記録媒体と前記探針との間に電流を
   発生させるための電圧印加手段を設け、前記探針が前記
   情報記録媒体へ吸着するときに前記探針と前記記録媒体
   との間に流れる電流の変化を検知することで、前記探針
   の前記記録媒体に対する位置を検知する請求項１に記載
   の情報記録再生方法。
3. 【請求項３】 前記位置調整を、前記探針が吸着した位
   置近傍において行なう請求項２に記載の情報記録再生方
   法。
4. 【請求項４】 前記記録媒体と前記探針との間に電流を
   発生させるための電圧印加手段を設け、前記探針が前記
   記録媒体に吸着した後、前記探針が前記記録媒体から脱
   離するときに前記探針と前記記録媒体との間に流れる電
   流の変化を検出することで、前記探針の前記記録媒体に
   対する位置を検知する請求項１または２に記載の情報記
   録再生方法。
5. 【請求項５】 前記位置調整を、前記探針が吸着した位
   置と、前記探針が脱離した位置との間で行なう請求項４
   に記載の情報記録再生方法。
6. 【請求項６】 前記探針を複数個の探針とし、それぞれ
   が個別の弾性体により支持されている請求項１乃至５の
   いずれか１項に記載の情報記録再生方法。
7. 【請求項７】 前記位置調整を、前記複数の探針毎にそ
   れぞれ独立して行なう請求項６に記載の情報記録再生方
   法。
8. 【請求項８】 前記弾性体として駆動手段を有するもの
   を用い、前記位置調整を前記駆動手段により行なう請求
   項１乃至７のいずれか１項に記載の情報記録再生方法。
9. 【請求項９】 記録媒体と、弾性体に支持されて前記記
   録媒体に対向配置された探針とを有し、前記記録媒体に
   情報を記録したり前記記録媒体に記録された情報を再生
   する情報記録再生装置において、 前記探針の前記記録媒体に対する間隔の位置調整を行な
   うために前記探針を前記記録媒体に吸着させ、前記探針
   と前記記録媒体との間に引力が働く範囲内で、前記弾性
   体を弾性変形させるように、前記探針と前記記録媒体と
   を相対的に移動させる駆動手段を有することを特徴とす
   る情報記録再生装置。
10. 【請求項１０】 前記探針の前記記録媒体への吸着を検
    出する手段を有する請求項９に記載の情報記録再生装
    置。
11. 【請求項１１】 前記吸着を検出する手段が、前記記録
    媒体と前記探針との間に電流を発生させるための電圧印
    加手段、および前記トンネル電流を検出する手段である
    請求項１０に記載の情報記録再生装置。
12. 【請求項１２】 前記探針が前記記録媒体に吸着した
    後、前記探針の前記記録媒体からの脱離を検出する手段
    を有する請求項９または１０に記載の情報記録再生装
    置。
13. 【請求項１３】 前記脱離を検出する手段が、前記記録
    媒体と前記探針との間に電流を発生させるための電圧印
    加手段、および前記トンネル電流を検出する手段である
    請求項１２に記載の情報記録再生装置。
14. 【請求項１４】 前記探針を複数個の探針とし、それぞ
    れが個別の弾性体により支持されている請求項９乃至１
    ３のいずれか１項に記載の情報記録再生装置。
15. 【請求項１５】 前記駆動手段は、前記弾性体に設けら
    れている請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の情報
    記録再生装置。
16. 【請求項１６】 前記記録媒体の、前記探針との対向面
    には吸着層が設けられている請求項９乃至１５のいずれ
    か１項に記載の情報記録再生装置。
17. 【請求項１７】 前記吸着層は液体からなるものである
    請求項１６に記載の情報記録再生装置。
18. 【請求項１８】 前記液体は水である請求項１７に記載
    の情報記録再生装置。
19. 【請求項１９】 前記電圧印加手段と前記探針との間
    に、過電流防止用の電気抵抗が設けられている請求項９
    乃至１８のいずれか１項に記載の情報記録再生装置。
20. 【請求項２０】 前記弾性体の弾性定数は、１Ｎ／ｍ以
    下である請求項９乃至１９のいずれか１項に記載の情報
    記録再生装置。