JPH05342648A - 情報読取り及び／又は入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 より正確な情報の読取り及び／又は入力を行
う。 【構成】 高精度のＸＹステージ１０の上に取り付けら
れたＺ方向の粗動を行う粗動機構１１により記録媒体１
２が支持され、記録媒体１２に対向して白金製のプロー
ブ電極１６が、微動機構１７により支持されている。基
板電極１４とプローブ電極１６には電源１８及びトンネ
ル電流を検出しサーボ回路２１とマイクロコンピュータ
１９に伝達するプローブ電流増幅器２２が接続され、マ
イクロコンピュータ１９が電源１８に、またＸＹ方向走
査駆動回路２０を介して微動機構１７のＸＹ方向駆動用
の圧電素子に接続されており、サーボ回路２１を介して
微動機構１７のＺ方向駆動用の圧電素子に接続されてい
る。サーボ回路２１はトンネル電流が一定になるように
微動機構１７を制御する。ＸＹ方向走査駆動回路２０は
走査における折り返し点において角部が生じないように
プローブ電極１６を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料面に対向して配置
したプローブを走査させながらこの試料面に対して情報
読取り及び／又は入力を行う情報読取り及び／又は入力
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、メモリ材料の用途は、コンピュー
タ及びその関連機器、ビデオディスク、ディジタルオー
ディオディスク等のエレクトロニクス産業の中核をなす
ものであり、その材料開発も極めて活発に進んでいる。
メモリ材料に要求される性能は用途により異なるが、一
般的には、(1) 高密度で記録容量が大きい、(2) 記録再
生の応答速度が早い、(3) 消費電力が少ない、(4) 生産
性が高く価格が安い、等の利点が上げられる。

【０００３】従来までは、磁性体や半導体を素材とした
半導体メモリや磁気メモリが主であったが、近年レーザ
ー技術の進展に伴ない、有機色素、フォトポリマ等の有
機薄膜を用いた光メモリによる安価で高密度な記録媒体
が登場してきた。

【０００４】一方、最近では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（以後ＳＴＭと
云う）が開発され[G.Binnig et.al., Helvetica Physic
a Acta, 55,726(1982)] 、単結晶、非晶質を問わず実空
間像の高い分解能の測定ができるようになり、しかも電
流による損傷を媒体に与えずに低電力で観察できる利点
をも有し、更に大気中でも動作し、種々の材料に対して
用いることができるため広範囲な応用が期待されてい
る。

【０００５】ＳＴＭは金属の探針と導電性物質の間に電
圧を加えて１ｎｍ程度の距離まで近付けるとトンネル電
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り、トンネル電流を一定に保つよ
うに探針を走査することにより実空間の表面構造を描く
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。ＳＴＭを用いた解
析は導電性試料に限られるが、導電性材料の表面に非常
に薄く形成された単分子膜の構造解析にも応用され始め
ており、個々の有機分子の状態の違いを利用した高密度
記録の再生技術としての応用も考えられている。

【０００６】このＳＴＭの原理を用いて、記録媒体上に
電子状態の変化を起こして、ｎｍオーダで記録再生する
方法が、例えば特開昭６３−１６１５５２号公報、特開
昭６３−１６１５５３号公報等に提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなＳＴＭの原
理を用いた記録再生において、その記録或いは再生の具
体的方法としては、記録媒体に対向して配置したプロー
ブを、記録媒体に対し相対的に往復動走査させながら、
このプローブを用いて記録再生動作を行うことが考えら
れる。

【０００８】本発明の目的は、プローブを相対的に往復
動させながら、このプローブで情報読取り及び／又は入
力を行う装置において、より正確な情報読取り及び／又
は入力を行うことが可能な情報読取り及び／又は入力装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る情報読取り及び／又は入力装置は、試
料面に対向して配置したプローブを前記試料面に対して
相対的に折り返し走査させながら、前記試料面からの情
報読取り及び／又は前記試料面への情報入力を行う装置
において、前記プローブを前記試料面に対して相対的に
連続して折り返し走査させる駆動手段と、主として基本
波及び５次以下の高調波によって構成される折り返し走
査信号によって前記駆動手段を制御する制御手段とを設
けたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上述の構成を有する情報読取り及び／又は入力
装置は、プローブの相対的往復駆動の折り返し時に、プ
ローブに急激な方向変化による微小振動が発生し難い。
従って、この微小振動による読取り又は入力時のプロー
ブの振れを防止し、より正確な情報読取り及び／又は入
力が可能となる。

【００１１】

【実施例】本発明を図１〜図１０に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係
る記録再生装置を示すブロック回路構成図であり、記録
位置の移動のための任意方向に高精度で動く任意方向に
ＸＹステージ１０の上にＺ方向の粗動を行う粗動機構１
１が取り付けられ、粗動機構１１の上に記録媒体１２が
載置されている。記録媒体１２は基板１３の上にＡｕで
基板電極１４を形成し、その上にスクアリリュウム−ビ
ス−６−オクチルアズレン（以下ＳＯＡＺと略す）の８
層のＬＢ膜から成る記録層１５を形成したものである。
記録層１５に対向して白金製のプローブ電極１６が圧電
素子を用いた微動機構１７に支持され、ＸＹＺ何れの方
向にも微動可能とされている。

【００１２】基板電極１４とプローブ電極１６には記録
層１５に電圧を印加するための電源１８が接続され、電
源１８に接続しているマイクロコンピュータ１９によっ
て、記録／消去時には記録／消去用のパルス電圧を発生
し、再生時には情報再生用の一定電圧を発生するように
なっている。マイクロコンピュータ１９はＸＹ方向走査
駆動回路２０を介して微動機構１７のＸＹ方向駆動用の
圧電素子に接続されており、更にサーボ回路２１を介し
て微動機構１７のＺ方向駆動用の圧電素子に接続されて
いる。

【００１３】基板電極１４とプローブ電極１６にはプロ
ーブ電流増幅器２２が接続され、プローブ電極１６から
基板電極１４に流れるトンネル電流を検出かつ増幅し、
サーボ回路２１とマイクロコンピュータ１９に伝えるよ
うになっている。サーボ回路２１は再生時にはトンネル
電流が一定になるように微動機構１７を制御し、記録／
消去時にはパルス電圧を印加する時にプローブ電流が急
激に変化するので、その間は出力電圧が一定になるよう
にホールド回路を作動させながら、同様にトンネル電流
が一定になるように微動機構１７を制御するようになっ
ている。また、マイクロコンピュータ１９には粗動機構
１１を駆動するＺ方向粗動駆動回路２３と、再生情報の
表示等を行う表示手段２４にも接続されている。

【００１４】ＸＹ方向走査駆動回路２０はＸＹ方向にプ
ローブ電極１６を移動させるように微動機構１７を制御
する。粗動機構１１と粗動駆動回路２３は、予め１０^-9
アンペア程度のプローブ電流が得られるように、プロー
ブ電極１６と記録媒体１２との距離を粗動制御する。こ
れらの各機器は、全てマイクロコンピュータ１９により
制御されている。

【００１５】プローブ電極１６はサーボ回路２１により
記録層１５の表面との距離ｚを制御するために、トンネ
ル電流を一定に保つように微動機構１７のＺ方向圧電素
子により微動制御されている。また、微動機構１７は距
離ｚを一定に保ったままＸＹ平面内にも微動制御できる
ようにされている。微動機構１７のＸＹ方向の駆動は圧
電素子によってなされ、この圧電素子はＸＹ方向走査駆
動回路２０からの指令信号としての走査電圧に比例し
て、Ｘ方向とＹ方向が独立に変位する。即ち、プローブ
電極１６は圧電素子に印加された走査電圧の変化量に比
例した量だけ駆動されて、記録、再生等の時の記録層１
５の表面に沿って往復動走査を行う。

【００１６】次に、Ａｕで形成した基板電極１４の上に
形成されたＳＯＡＺのＬＢ膜を用いた場合の記録・再生
・消去について述べると、ＳＯＡＺの８層を累積した記
録層１５を持つ記録媒体１２に対し、先ず目視によりプ
ローブ電極１６の位置を決め、確実に固定する。アース
側の基板電極１４とプローブ電極１６の間に電圧を印加
し、プローブ電流増幅器２２で得られるトンネル電流を
モニタしながらプローブ電極１６と記録層１５の表面と
の距離ｚを調整する。

【００１７】続いて、再生時にはプローブ電極１６と基
板電極１４との間に電気メモリ効果を生ずる閾値電圧を
越えていない電圧の読取用電圧を印加して、後述するよ
うにプローブ電極１６を往復動させ、この時のサーボ回
路２１の制御電圧をマイクロコンピュータ１９に送るこ
とにより情報再生を行う。記録時には、この往復動中に
オン状態を生ずる閾値電圧を越えるパルス電圧を印加
し、消去時には逆にオフ状態を生ずる閾値電圧を越える
パルス電圧を印加する。

【００１８】図２はＸＹ方向走査駆動回路２０のブロッ
ク回路図である。プローブ電極１６の走査タイミングを
制御する走査制御ロジック回路２６は、マイクロコンピ
ュータ１９の指令に応じて、Ｘ方向の走査を制御するＸ
カウンタ２７とＹ方向の走査を制御するＹカウンタ２８
にクロック信号CLK を伝達する。Ｘカウンタ２７はクロ
ック信号CLK に従いカウントアップ動作を行い、ｎクロ
ックカウント後にリセットされ、再び零からカウントア
ップする。Ｙカウンタ２８はクロック信号CLKを１／ｍ
（ただし、ｍ≪ｎ）に分周したクロック信号によりカウ
ントアップする。Ｘ走査ＲＯＭ２９はＸカウンタ２７の
カウント出力をＸ走査電圧データに変換し、Ｙ走査ＲＯ
Ｍ３０はＹカウンタ２８のカウント出力をＹ走査電圧デ
ータに変換する。

【００１９】このＸ走査ＲＯＭ２９には、Ｎクロックカ
ウントに対して波形関数のフーリエ級数が次の式で表現
されて、予め書き込まれている。 f(φ）＝sin(φ) ＋Ａ・sin( ２φ) ＋Ｂ・sin( ３φ) ＋Ｃ・sin( ４φ) ＋Ｄ・sin( ５φ) （ただし、φ＝２πＮ／ｎ、Ａ〜Ｄは１以下の定数）

【００２０】定数Ａ〜Ｄはクロックに対する変化量が比
較的一定となるように、つまりリニアリティが高くなる
ように好適な値を選ぶことができ、本実施例ではＡ＝
０．３、Ｂ＝０．０６、Ｃ＝０、Ｄ＝０としている。こ
のＡ〜Ｄの値が大きいと前述の微小振動を引き起こし易
く、高次の項（Ｂ、Ｃ、Ｄ）においてこの傾向は著しく
なる。Ｂは０．３以下が望ましく、更には０．１以下が
好ましい。なお、Ｄは０．１以下が好ましい。６次以上
の高次の項sin(６φ) 〜は駆動部の固有振動に影響を与
え易いので、上述のような波形で振動させることにより
微小振動を防止する効果がある。勿論、定数が十分に小
さければ６次以上の高次項を含むことは問題とはならな
い。

【００２１】Ｘ走査ＲＯＭ２９、Ｙ走査ＲＯＭ３０の出
力はそれぞれＤ／Ａ変換器３１ｘ、３１ｙ及びホルダ３
２ｘ、３２ｙを介してドライバ３３ｘ、３３ｙに接続さ
れている。Ｄ／Ａ変換器３１ｘ、３１ｙはＸ走査ＲＯＭ
２９及びＹ走査ＲＯＭ３０の走査電圧データをアナログ
電圧に変換する。ホルダ３２ｘ、３２ｙはＤ／Ａ変換器
の離散的な変換出力からグリッジを取り除き、滑らかな
アナログ信号にするものであるが、クロック周波数がＸ
Ｙ走査周波数に比べ十分に高いため、通常用いられてい
る１次のローパスフィルタに置きかえても十分に使用可
能である。ドライバ３３ｘ、３３ｙはそれぞれホルダ３
２ｘ、３２ｙの出力に応じて、Ｘ方向及びＹ方向微動用
の圧電素子の駆動に必要な走査電圧Vx、Vyを微動機構１
７に供給する。

【００２２】図３はＸＹ方向走査駆動回路２０における
走査電圧Vx、Vyのタイミングチャート図を示している。
上述のデータを書き込んだＸ走査ＲＯＭ２９を用いるこ
とにより、電圧波形VxがＤ／Ａ変換器３１ｘから出力さ
れる。Ｙ走査ＲＯＭ３０には、ａ、ｂ区間とｃ、ｄ区間
では滑らかな反転波形のデータが予め書き込まれてお
り、ｂ、ｃ区間とｄ、ａ区間では直線的に変化するデー
タが予め書き込まれているので、Ｄ／Ａ変換器７の出力
は電圧波形Vyとなる。走査電圧発生のタイミングは、走
査制御ロジック回路２６により生成されるクロック信号
CLK により得られる。

【００２３】図４はこのＸＹ方向走査駆動回路２０によ
る記録層１５上でのプローブ電極１６の走査軌跡の例を
示している。ここで１５ａは記録ビット、１５ｂはプロ
ーブ電極１６の走査軌跡である。このように走査の折り
返し点でプローブ電極１６の軌跡１５ｂは滑らかに反転
する。即ち、プローブ電極１６の往復動の軌跡中に角部
が生じないようにしているので、走査軌跡１５ｂ中で速
度が急変する部所がなく、このような速度急変部所で発
生しがちな微小振動の発生が防止される。

【００２４】このように、往路、復路共に歪や、経路ず
れのない再現性の高い走査が可能になり、より正確な記
録再生ができる。また、圧電素子が高剛性、大慣性質量
のものを駆動する形態でも、駆動が円滑に行われるの
で、アクチュエータの駆動電力を低減することが可能で
ある。従って、より小型のアクチュエータの使用が可能
となり、更にピエゾ型アクチュエータを用いた場合で
も、駆動の屈曲点で生ずる大きな逆起電力がないため、
駆動機構の寿命が延び信頼性が向上する。

【００２５】また、第２の実施例に係るＸＹ方向走査駆
動回路２０もほぼ図２に示す回路構成とされ、走査制御
ロジック回路２６は、Ｘカウンタ２７の出力をモニタ
し、Ｘカウンタ２７のカウント値が図３における区間
ａ、ｂ又は区間ｃ、ｄにあるとき図５のタイミングチャ
ート図に示すように信号YENBを出力する。Ｙカウンタ２
８は信号YENBがＨレベルの期間のみカウント動作を行
い、Ｘカウンタ２７と同様にクロック信号CLK によりカ
ウントアップする。そして、Ｘ走査ＲＯＭ２９はＸカウ
ンタ２７のカウント出力をＸ走査電圧データに変換し、
Ｙ走査ＲＯＭ３０はＹカウンタ２８のカウント出力をＹ
走査電圧データに変換するようになっている。

【００２６】このＸ走査ＲＯＭ２９には、Ｎクロックカ
ウントに対して波形関数のフーリエ級数が次の式で表現
されて、予め書き込まれている。 f(φ）＝sin(φ) ＋Ａ・sin( ２φ) ＋Ｂ・sin( ３φ) （ただし、φ＝２πＮ／ｎ、Ａ及びＢは１以下の定数）

【００２７】Ａ及びＢはクロック信号CLK に対する変化
量が比較的一定となるように好適な値を選ぶことがで
き、本実施例では、Ａ＝０、Ｂ＝０．１としている。こ
の値が大きいと前述の微小振動を引き起こし易くなる。
この傾向はＢにおいて著しく、Ｂは０．３以下が望まし
く、更に０．１以下が好ましい。Ｘカウンタ２７はクロ
ック信号CLK に従いカウントアップ動作を行い、ｎクロ
ックカウント後にリセットされ、再び零からカウントア
ップする。

【００２８】図５に示すように、走査電圧発生のタイミ
ングは走査制御ロジック回路２６より生成されるクロッ
ク信号CLK 、及び信号YENBにより行われる。Ｙ走査ＲＯ
Ｍ３０には区間ａ、ｂに及び区間ｃ、ｄ相当するカウン
ト入力に対して滑らかなステップアップ電圧を発生する
波形データが予め書き込まれている。これにより、Ｄ／
Ａ変換器３１ｙの出力は図５の電圧波形Vyとなる。上述
のデータを書き込んだＸ走査ＲＯＭ２９を用いることに
より、図５に示す電圧波形VxがＤ／Ａ変換器３１ｘから
出力される。

【００２９】図６はこのＸＹ方向走査駆動回路２０によ
る記録層１５上でのプローブ電極１６の走査軌跡の例を
示している。１５ａは記録ビット、１５ｂはプローブ電
極１６の走査軌跡、１５Ｔは記録領域の位置検出に用い
るトラッキングパターンである。

【００３０】本実施例では、Ｙ方向の駆動はＸ方向走査
が折り返す区間のみで行われる。従って、各Ｘ方向走査
のプローブ軌跡は等間隔かつ平行となる。このため、本
実施例では第１の実施例の効果に加え、往復走査の往
路、復路両方を利用し記録再生を行い、かつ各Ｘ方向デ
ータ列を平行に並べることができるため、より高い記録
密度を達成することが可能になる。

【００３１】図７は第３の実施例に係る記録再生装置を
示すブロック回路構成図である。片持ち梁３５にはプロ
ーブ電極３６が取り付けられており、プローブ電極３６
は記録媒体３７に対向して設けられ、Ｚ方向に変位でき
るようになっている。片持ち梁３５のプローブ電極３６
の裏側には、Ｚ軸駆動装置３８に支持されているトンネ
ル電流検知電極３９が対向している。基台４０上に固定
されＸＹＺステージを使用したＸＹＺ粗動機構４１が支
持するＸＹＺ微動機構４２により記録媒体３７は支持さ
れている。ＸＹＺ微動機構４２のＸＹ方向微動部として
は、アクチュエータとして各方向ごとに設けられた圧電
素子を有する公知の微動ステージを用いることができ
る。また、記録媒体３７はガラス基板４３上に下地電極
４４、記録層４５が順次に積層されている。

【００３２】片持ち梁３５はＳｉの結晶の性質を高度に
利用した［K.E.Petersen,Proc.IEEE70,420(1982)］によ
って公知である異方性エッチングの手法で形成した長さ
１００μｍ、幅２０μｍ、厚さ１μｍのＳｉＯ₂ の片持
ち梁部材４６を基に造られている。片持ち梁部材４６の
一端にＳｉイオンをフォーカスド・イオン・ビーム装置
で打ち込み、このＳｉ上に選択的にＳｉを結晶成長さ
せ、真空蒸着法によりＡｕを厚さ３００オングストロー
ム蒸着してプローブ電極３６が形成されている。更に、
片持ち梁部材４６のプローブ電極３６の反対側には、真
空蒸着法によりＡｕを２００オングストローム蒸着し、
電極４７が作成されている。トンネル電流検知電極３９
は直径１ｍｍのタングステン棒をＫＯＨ溶液中で電解研
磨することにより作成し、先端の曲率は０．１μｍＲ以
下となっている。

【００３３】Ｚ軸駆動装置３８は圧電素子を使用して一
軸の変位を行うものであり、トンネル電流検知電極３９
を支持し、Ｚ軸方向の駆動を行う。ＸＹＺ微動機構４２
は円筒形圧電素子を使用しており、任意の電圧を印加す
ることでＸ、Ｙ及びＺ方向に記録媒体３７を微動できる
ようになっている。微動制御可能範囲はＸ、Ｙ、Ｚ方向
について全て０．１ｎｍ〜１μｍであり、機械的分解能
は０．０１ｎｍである。

【００３４】制御回路４８はＸＹ方向走査制御部として
第１の実施例又は第２実施例におけるＸＹ方向走査駆動
回路２０を内蔵し、片持ち梁３５及びＸＹＺ微動機構４
２を駆動する。記録再生消去回路４９は記録媒体３７の
下地電極４４とプローブ電極３６とに接続されており、
両電極間に記録／再生／消去用の電圧を印加するための
回路と電流電圧変換を行う回路とから成り、これらの機
器、回路はマイクロコンピュータ５０に接続され制御さ
れる。

【００３５】この場合の記録媒体３７は次の工程により
作成した。光学研磨したガラス基板４３を中性洗剤及び
トリクレンを用いて洗浄した後に、下引き層としてＣｒ
を真空蒸着法により厚さ５０オングストローム堆積さ
せ、更にＡｕを同法により４００オングストローム蒸着
して下地電極４４を形成する。次に、ＳＯＡＺを濃度
０．２ｍｇ／ｍｌで溶かしたクロロホルム溶液を２０℃
の水相上に展開し、水面上に単分子膜を形成する。溶媒
の蒸発を待ち単分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高
め、これを一定に保ちながらガラス基板４３を水面を横
切るように速度５ｍｍ／分で静かに浸漬し、引上げ２層
のＹ形単分子膜の累積を行う。この操作を４回繰り返す
ことにより、８層のＳＯＡＺを累積した記録層４５を持
つ記録媒体３７が作成される。

【００３６】次に、記録／再生／消去について次のよう
な実験を行った。トンネル電流検知電極３９と電極４７
の間にバイアス電圧＋１００ｍＶを印加し、Ｚ軸駆動装
置３８を動かし両電極間に流れるトンネル電流が１ｎＡ
になる位置で停止する。ここで、ＸＹＺ粗動機構４１、
次にＸＹＺ微動機構４２のＺ軸を駆動し、記録媒体３７
をプローブ電極３６に対して近付ける。プローブ電極３
６の頂点原子の電子雲が、記録層４５の表面上の原子の
電子雲と重なる距離まで記録媒体３７がプローブ電極３
６に接近すると原子間力が生ずる。この力はプローブ電
極３６を支持している片持ち梁３５を撓ませ、片持ち梁
３５が撓むことで電極４７とトンネル電流検知電極３９
との距離が変化し、これにより１ｎアンペアに設定して
あったトンネル電流が変化する。

【００３７】このトンネル電流の変化を検出し、制御回
路４８がトンネル電流を元の１ｎアンペアに戻すように
ＸＹＺ微動機構４２のＺ軸駆動部にフィードバックを行
う。この状態を維持すれば、プローブ電極３６は記録層
４５に対して常に一定の距離にあることになる。ここ
で、ＸＹＺ微動機構４２を用いてＸ、Ｙ方向の走査を行
えば、プローブ電極３６は記録層４５に対して一定の距
離を保った状態で記録層４５の表面を移動可能である。

【００３８】プローブ電極３６と下地電極４４との間に
電気メモリ効果を生ずる閾値電圧以下である読取用電圧
１．５Ｖを印加して電流値を測定したところ、１μアン
ペア以下のオフ状態を示した。次に、オン状態を生ずる
閾値電圧Von 以上の電圧である±８Ｖの三角波パルス電
圧を、プローブ電極３６と下地電極４４との間に印加し
た後に、再び１．５Ｖの読取用電圧を印加して電流値を
測定したところ、０．７ｍアンペア程度のオン状態を示
した。次に、オン状態からオフ状態へ変化する閾値電圧
Voff以上の電圧である±５Ｖの三角波パルス電圧を印加
した後に、再び１．５Ｖを印加して電流値を測定したと
ころ、１μアンペア以下のオフ状態に戻ることが確認さ
れた。

【００３９】次に、前記と同様にプローブ電極３６と記
録層４５との距離を一定に保ちながら、ＸＹＺ微動機構
４２をＸ方向に１００ｎｍの等間隔で移動させながら、
±８Ｖの三角波パルス電圧をプローブ電極３６と下地電
極４４の間に印加し、オン状態を書き込んだ。その後
に、両電極３６、４４間に読取用電圧１．５Ｖを印加
し、同様にＸ方向へ移動させると、オン状態領域とオフ
状態領域に流れる電流値を読取ることができた。

【００４０】本実施例では、オン状態領域を流れるプロ
ーブ電流が、記録前又はオフ状態領域と比較して３桁以
上異なることを確認した。更に、両電極３６、４４間に
閾値電圧Voff以上である１０Ｖを印加しながら再び記録
位置を移動させた結果、全ての記録状態が消去されオフ
状態になったことも確認した。また、０．００１μｍか
ら０．１μｍの間の種々のピッチで記録／再生／消去を
行い分解能を測定したところ、０．０１μｍ以下である
ことが分った。実験後に、プローブ電極３６をＳＥＭに
より観察した結果、記録媒体３７とプローブ電極３７の
接触による損傷は見られなかった。

【００４１】本実施例においても、第１の実施例又は第
２の実施例で示したような走査電圧Vx、Vyにより図４又
は図６に示したような走査軌跡で記録又は再生、消去を
行う。

【００４２】また、第１、第２の実施例においても、本
実施例のようにプローブ電極と記録層との間の原子間力
を一定にするように制御する機構を設けてもよい。

【００４３】図８は第４の実施例に係る記録再生装置の
構成を示し、ＸＹ方向走査信号回路５２はドライバ３３
ｘ、３３ｙがないことを除いて第２の実施例で説明した
ＸＹ方向走査駆動回路２０と同じ構成である。ＸＹステ
ージ５３は特開平２−５２２８６号公報に見られる構成
のもので、記録媒体５４を載置しており、記録媒体５４
上には凹状の溝又は表面電子状態が異なるパターンであ
るトラッキングパターン５５が形成されている。プロー
ブ電極１６はバイモルフ型のカンチレバー５６の先端に
記録媒体５４に対向して設けられている。電流増幅器５
７はプローブ電極１６に流れるトンネル電流を電圧に変
換し、誤差増幅器５８の正入力に入力し、誤差増幅器５
８は負入力に接続された基準電圧Vrとの差をローパスフ
ィルタ５９に出力する。ローパスフィルタ５９の出力は
サンプルホールド回路６０を介してドライバ６１に入力
され、ドライバ６１はカンチレバー５６をＺ方向に駆動
する。誤差増幅器５８はトンネル電流検出電圧とプロー
ブ媒体間距離を制御する基準電圧Vrとの誤差を検出し、
ローパスフィルタ５９は情報ビットの検出信号の周波数
の領域をカットする。

【００４４】電流増幅器５７の出力はコンパレータ６２
の正入力にも入力され、コンパレータ６２の負入力には
トラッキングエッジ検出レベルVeが入力されており、コ
ンパレータ６２の出力であるトラッキングエッジ信号Ex
は、サンプルホールド回路６０とエッジ検出器６３に接
続されている。エッジ検出器６３の出力はＸＹ方向走査
信号回路５２の走査信号Vxをホールドするサンプルホー
ルド回路６４に入力しており、走査信号Vxはサンプルホ
ールド回路６４及び誤差検出器６５を介して追跡信号Δ
Ｘとなり、加算器６６に走査信号Vxと共に入力される。
加算器６６の出力はドライバ６７を経てＸＹステージ５
３のＸ方向アクチュエータに接続されており、パルス発
生器６８はプローブ電極１６に書込みパルスを印加す
る。電流増幅器５７に接続されたハイパスフィルタ６９
はトンネル電流からデータ信号を分離出力する。ＸＹ方
向走査信号回路５２の出力である走査信号Vyはドライバ
７０を介して、ＸＹステージ５３のＹ方向アクチュエー
タに接続されている。

【００４５】コンパレータ６２はトンネル電流とトラッ
キングエッジ検出レベルVeとを比較し、エッジ検出器６
３はコンパレータ６２の出力であるトラッキングエッジ
信号Exの立ち上がりに同期したパルスTxを生成する。サ
ンプルホールド回路６４はエッジ検出器６３のパルスタ
イミングTxによりＸ走査電圧Vxをサンプリングする。誤
差検出器６５は記録媒体５４上のトラッキングパターン
５５とプローブＸ走査との相対位置を求めるものであ
り、基準電圧Vtとサンプルホールド回路６４の出力電圧
の差を積分して追跡信号ΔＸを出力し、加算器６６は走
査信号Vxと誤差検出器６５の出力ΔＸを加算する。ドラ
イバ６７は加算器６６の出力を増幅してＸ方向駆動電圧
FVX を出力し、ＸＹステージ５３のＸ方向アクチュエー
タを駆動する。走査信号Vyが入力されるドライバ７０は
ＸＹステージ５３のＹ方向アクチュエータを駆動する。
上述した構成から、データ入出力及びＺ軸制御を行う制
御回路７１が形成されている。

【００４６】図９は図８の記録再生装置におけるタイミ
ングチャート図を示している。プローブ電極１６のＺ方
向制御は、誤差増幅器５８、ローパスフィルタ５９、サ
ンプルホールド回路６０、ドライバ６１によるフィード
バック回路によりトンネル電流Jtの平均値が一定となる
ように制御する。ただし、トラッキングエッジ信号Exに
より、プローブ電極１６がトラッキングパターン５５上
を走査する時はサンプルホールド回路６０をホールド状
態とする。

【００４７】記録媒体５４の表面におけるプローブ走査
はＸＹステージ５３により行い、ＸＹ方向走査信号回路
５２より屈曲点つまり角部のない連続的に変化する走査
信号Vx、Vyを出力する。信号Vyはドライバ７０を経由し
てそのままＹ方向のアクチュエータを駆動する。信号Vx
はトラッキングのための追跡信号ΔＸと加算され、ドラ
イバ６７を経由してＸ方向のアクチュエータを駆動す
る。追跡信号ΔＸはプローブ電極１６が記録媒体５４上
のトラッキングパターン５５のエッジを通過するタイミ
ングを表す信号Txから生成し、信号TxとVxとの位相関係
のずれを検出する。信号Vxの電圧をサンプルホールド回
路６４で、信号Txのタイミングでサンプリングすること
により、この位相情報を電圧に変換することができ、更
にこの信号と基準電圧Vtとの差を比較積分することによ
り追跡信号ΔＸを得る。

【００４８】このように、Ｘ方向駆動電圧FVXにはトラ
ッキング追跡電圧が重畳され、記録媒体５４上のトラッ
キングパターン５５を追跡しながらＸ方向走査を行う。
このような屈曲点のないＸＹ走査軌跡を用いて記録再生
装置のトラッキング制御を行うことにより、次のような
利点を生ずる。

【００４９】(a) トラッキングエッジ検出からＸ走査方
向の反転までの走査が滑らかに行えるので、カンチレバ
ー５６及びＸＹステージ５３の相対微小振動が極力抑え
られる。従って、エッジ検出時におけるトンネル電流の
ばらつき、ジッタ等が低減され、安定したトラッキング
が行える。

【００５０】(b) Ｘ方向走査の反転動作においては、プ
ローブ電極１６、記録媒体５４間の相対移動速度が減速
されながら行われるため、記録媒体５４の基板の凹凸等
に起因する雑音成分に対し、その雑音周波数を低減して
検出する。従って、プローブ電極１６の走査の反転時
に、周波数が高く読出しデータに近い帯域の雑音の発生
を抑えることができる。

【００５１】図１０は第５の実施例に係るカンチレバー
とプローブ電極を複数個配置した記録再生装置を示して
いる。ＸＹ方向走査信号回路５２は図７と同様に、信号
Vyをドライバ６７に、信号Vxをドライバ７０に入力す
る。記録媒体７３はステージ上の基台７４上に固定さ
れ、これに面してマルチプローブヘッド７５が、カンチ
レバー７６を介して複数のプローブ電極７７を支持して
いる。ピエゾアクチュエータ７８はステージをＸ方向に
駆動するよう接続されドライバ６７の出力が入力され
る。ピエゾアクチュエータ７９はステージをＹ方向に駆
動するように支持し、ドライバ７０から入力される。ピ
エゾアクチュエータ８０はトラッキング制御回路部８２
の出力を入力されて、マルチプローブヘッド７５をＸ方
向に駆動する。制御回路部８１は各プローブ電極７７ご
とのデータ入出力とＺ軸方向の駆動制御を並行して行う
ように、図８で示した制御回路７１が複数個のプローブ
電極７７ごとに設けられて内蔵されており、マルチプロ
ーブヘッド７５及びトラッキング制御回路部８２に出力
が接続されている。

【００５２】トラッキング制御回路部８２は制御回路部
８１からのトンネル電流信号からトラッキングパターン
の位置信号を検出してトラッキングずれを測定し、それ
を補正するためにピエゾアクチュエータ８０を駆動す
る。

【００５３】本実施例における各カンチレバー７６の制
御は第４の実施例と同様に行い、トラッキングパターン
の追跡はマルチプローブヘッド７５に取り付けられたピ
エゾアクチュエータ８０により行う。ＸＹ方向走査信号
回路５２は第４の実施例と同様に屈曲点のない反転走査
を行わせる信号の出力を行い、このように複数のプロー
ブ電極７７を設けた場合も本発明は良好に適用可能であ
る。

【００５４】以上の各実施例は記録再生装置について説
明したが、記録のみ又は再生のみの装置であってもよい
ことは云うまでもない。また、往復動しながら試料面を
プローブ電極で走査し、試料面の観察を行う往復動走査
型のＳＴＭ装置或いはＡＦＭ装置、ＭＦＭ装置等に本発
明を適用してもよい。この場合に、折り返し部での微小
振動による観察像の歪を発生を防止できるという効果を
有する。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る情報読
取り及び／又は入力装置は、折り返し部における微小振
動を防止してより正確な情報読取り及び／又は入力を実
施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体構成のブロック回路図である。

【図２】ＸＹ方向走査駆動回路のブロック回路図であ
る。

【図３】第１の実施例に係る記録再生装置におけるＸＹ
方向走査信号を示すタイミングチャート図である。

【図４】プローブ電極の走査軌跡の例を示す模式図であ
る。

【図５】第２の実施例おける各信号のタイミングチャー
ト図である。

【図６】プローブ電極の走査軌跡の例を示す模式図であ
る。

【図７】第３の実施例に係る記録再生装置の構成を示す
ブロック回路図である。

【図８】第４の実施例に係る記録再生装置の構成を示す
ブロック回路図である。

【図９】各信号のタイミングチャート図である。

【図１０】第５の実施例に係る記録再生装置の構成を示
すブロック回路図である。

【符号の説明】

１６、３６、７７ プローブ電極 １２、３７、５４、７３ 記録媒体 １７ 微動機構 ２０ ＸＹ方向走査駆動回路 ２６ 走査制御ロジック回路 ２９ Ｘ走査ＲＯＭ ３０ Ｙ走査ＲＯＭ ３９ トンネル電流検知電極 ４２ ＸＹＺ微動機構 ４８ 制御回路 ５２ ＸＹ方向走査信号回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 春紀 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料面に対向して配置したプローブを前
   記試料面に対して相対的に折り返し走査させながら、前
   記試料面からの情報読取り及び／又は前記試料面への情
   報入力を行う装置において、前記プローブを前記試料面
   に対して相対的に連続して折り返し走査させる駆動手段
   と、主として基本波及び５次以下の高調波によって構成
   される折り返し走査信号によって前記駆動手段を制御す
   る制御手段とを設けたことを特徴とする情報読取り及び
   ／又は入力装置。
2. 【請求項２】 前記折り返し走査信号は主として基本波
   及び３次以下の高調波によって構成される請求項１に記
   載の情報読取り及び／又は入力装置。