JPH0540969A

JPH0540969A - 記録及び／又は再生方法及び装置

Info

Publication number: JPH0540969A
Application number: JP19412691A
Authority: JP
Inventors: Akira Kuroda; 亮黒田; 清 ▲瀧▼本; Kiyoshi Takimoto; Toshihiko Miyazaki; 俊彦宮▲崎▼; Kunihiro Sakai; 邦裕酒井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1993-02-19
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JP3005077B2

Abstract

(57)【要約】【目的】複数プローブを介して記録媒体に記録再生を
行なう装置において各プローブと記録媒体との間隔調整
を簡便化する。【構成】プローブ１０４ａ、１０４ｂ、…をそれぞ
れ、小さな弾性係数を有するカンチレバー１０１ａ、１
０１ｂ…で支持し、全プローブを媒体１０７に近づける
際には、各カンチレバーがプローブと媒体との斥力によ
りたわんで各プローブの媒体との接触によるプローブ及
び記録媒体の破壊を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は情報の記録及び／又は情
報の再生を行う為の装置に関するものである。

【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、

【０００３】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。

【０００４】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
リマーなど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。

【０００５】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
個々の分子に如何にアクセスするかが問題とされてき
た。

【０００６】一方、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
略す）が開発され、［Ｇ．Ｂｉｎｉｎｇｅｔａ
ｌ．，ＨｅｌｖｅｔｉｃａＰｈｙｓｉｃａＡｃｔ
ａ，５５，７２６（１９８２）］単結晶、非晶質を問わ
ず実空間像を高い分解能で観察できるようになった。Ｓ
ＴＭは試料に電流による損傷を与えずに低電力で観察で
きる利点を有しており、さらに、大気中でも動作させる
ことができ、種々の材料に対して用いることができるた
め広い領域にわたって応用が期待されている。最近で
は、導体表面に吸着した有機分子の分子像観察すら可能
であることが報告されている。

【０００７】また、一方ＳＴＭの技術を応用した原子間
力顕微鏡（以後ＡＦＭと略す）が開発され、［Ｇ．Ｂｉ
ｎｎｉｇｅｔａｌ．，ＰｌｕｙｓＲｅｖ．Ｌｅｔ
ｔ．，５６，９３０（１９８５）］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、絶縁性の試料に対しても原子オーダーで測定が可能
なため、今後の発展が望まれている。

【０００８】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１ｍｍ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
も読みとることができる。この際、面内方向の分離能は
１Å程度である。従って、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、及び可視・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で再生する方法や、記録層として電圧印加に
よって電導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ＳＴ
Ｍ装置で行なう方法等が提案されている。

【０００９】また、一方ＳＴＭの技術を応用した原子間
力顕微鏡（以後ＡＦＭと略す）が開発され、［Ｂｉｎｎ
ｉｇｅｔａｌ．，Ｐｂｙｓ．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１ナノメートル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−探針
間に働く力を受けて、撓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−探針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、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。ＡＦ
Ｍでは、走査型トンネル顕微鏡（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、生体高分子などを原子・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てい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとしている課題】ＳＴＭと同様にＡ
ＦＭの応用のひとつとして、高密度大容量記録再生装置
がある。これは、例えば、特開平１−３１２７５３号や
文献Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５５，１７２７
（１９８９）［Ａｌｂｒｅｃｈｔ他］に示されているよ
うな、記録媒体表面の形状を局所的に変化させる高密度
大容量記録方法に対応する再生方法のひとつとして、前
述のＡＦＭの原理を用い、その局所的形状変化に対して
接近させた探針を支持するカンチレバー（弾性体）が局
所的形状変化と探針との間に働く力を受けて撓む量を検
知することにより再生を行なうものである。また、類似
の装置として、ＳＴＭの原理を応用した高密度大容量記
録再生装置における探針の位置制御にＡＦＭの原理を応
用した記録検知装置が特開平１−２４５４４５号に提案
されている。

【００１１】本発明は上述従来例の応用発明であり、記
録媒体と探針との間に働く力を利用して、特に大量記録
再生を行なう為に複数のプローブを使用する際等でも、
すべてのプローブと媒体との間隔制御をより簡便な形で
行なえる記録及び／又は再生装置を提供する事を目的と
する。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】上述目的を達成する為本発
明は情報記録媒体に複数のプローブを介して情報の記録
及び／又は再生を行う方法で、複数のプローブおのおの
を弾性体により支持し、前記複数のプローブおのおのと
前記情報記録媒体との間に発生する作用力自身によって
前記弾性体を変形させることにより、前記複数のプロー
ブの前記情報記録媒体に対する位置調整を行う様にして
いる。

【００１３】又、情報記録媒体に複数のプローブを介し
て情報の記録及び／又は再生を行う装置で、複数のプロ
ーブおのおのを支持する弾性体と、前記複数のプローブ
おのおのと前記情報記録媒体との間に発生する作用力が
発生するまで近接させるための駆動手段とを有し、該作
用力自身によって前記弾性体を変形させることにより、
前記複数のプローブの前記情報記録媒体に対する位置調
整を行う様にしている。又、更に、対象物に対して複数
のプローブを対向させて位置決めする方法で、複数のプ
ローブおのおのを弾性体により支持し、前記複数のプロ
ーブおのおのと前記情報記録媒体との間に発生する作用
力自身によって前記弾性体を変形させることにより、前
記複数のプローブの前記情報記録媒体に対する位置調整
を行う様にしている。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す図であ
る。図１において、弾性体からなる複数のカンチレバー
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、…（図ではカンチレバ
ー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのみ示す）によって支
持される複数の導電性プローブ電極１０４ａ、１０４
ｂ、１０４ｃ、…（図ではプローブ１０４ａ、１０４
ｂ、１０４ｃのみ示す）は記録媒体１０７に対向して配
置されている。１０８は記録媒体１０７を図面上下方向
に駆動する縦方向駆動素子、１０９はカンチレバー１０
１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、…を支持するカンチレバー
支持部材、１１０はカンチレバー支持部材を図面左右方
向及び図面に垂直方向に駆動する横方向駆動素子（図面
では左右方向の駆動素子のみ示す）であり、駆動素子１
０８、１１０は位置制御回路１２０によって駆動制御さ
れる。１１１は媒体・プローブ間に情報記録の為に加え
る電圧を発生する記録用電圧印加回路、１１２は記録用
電圧印加回路１１１からの電圧を、選択した特定のプロ
ーブ電極と記録媒体１０７との間で印加させる為の切替
回路、１１４はレーザー光源、１１５はレーザー光源１
１４からのレーザー光をカンチレバー１０１ａ、…上で
集光させる為のレンズ、１１６はレンズ１１５からのレ
ーザー光で各カンチレバー１０１ａ、１０１ｂ、１０１
ｃ…を順次走査する為のポリゴンミラー、１１７はポリ
ゴンミラー１１６の回転を制御すると共にレーザー光の
走査位置（即ちどのカンチレバーが光照射されている
か）の情報出力を発生する回転速度制御回路、１１８は
レーザー光照射されたカンチレバーからの反射光の受光
面上でのスポット位置を検出する為の位置検出回路、１
１９は回路１１７の出力と位置検出素子１１８の出力と
から、レーザー光照射されたカンチレバーの特定と、そ
のカンチレバーの図面上下方向変位（撓み）量の検出を
行なう位置検出信号処理回路である。１１３は制御コン
ピュータで、位置制御回路１２０への位置制御指令信号
と記録用電圧印加回路１１１と切り替え回路１１２への
情報記録に応じた指令信号を発し、又位置検出信号処理
回路１１９からの記録情報に応じた信号を受ける。

【００１５】ここで用いられる各プローブ電極を有する
マルチカンチレバーは、次のように作製される。Ｓｉ基
板を熱酸化により表面に厚さ０．３μｍのＳｉＯ₂膜を
生成し、長さ１００μｍ、幅２０μｍの複数のカンチレ
バー形状をパターニングする。次にプローブ電極への電
気信号配線パターンを形成し、基板表面からＫＯＨ液に
よって異方性エッチングを行ない、マルチカンチレバー
を形成する。つづいて炭素等の電子ビームデポジション
法によって、カンチレバー先端に高さ５μｍのプローブ
電極を設ける。こうして作製されたマルチカンチレバー
の先端の撓みに対する弾性定数は０．０１Ｎ／ｍ程度と
なる。また個々のレバーのそり、プローブ電極の高さの
プロセス誤差等を考慮すると、マルチカンチレバー支持
部材１０９を基準にしたプローブ電極の先端の高さ方向
の位置のばらつきは、１μｍ程度となる。また、記録媒
体表面のうねりも１μｍ程度以下まで小さくしたものを
用いる。

【００１６】そこで、縦方向駆動素子１０８によって記
録媒体１０７を複数のプローブ電極１０４ａ、１０４
ｂ、１０４ｃ、…に近づけていくと、記録媒体１０７
は、複数のプローブ電極のうち最も距離の近い位置にあ
るプローブ電極にまず力を及ぼし、次に２番に距離の近
い位置にあるプローブ電極に力を及ぼし、…と順次力を
及ぼし、最後に最も距離の遠い位置にあるプローブ電極
に力を及ぼす。ここで、媒体がどのプローブ電極に力を
及ぼしたか、および及ぼされた力の大きさは、個々のカ
ンチレバーの撓み量を検知することによって、検出する
ことができる（カンチレバーの撓み量検知の方法につい
ては、後述する。）。すなわち、媒体があるプローブ電
極に１ナノメートル以下の距離にまで近づくと媒体とプ
ローブ電極の間に力（斥力）が作用し、この作用力によ
ってそのプローブ電極を支持する弾性体であるカンチレ
バーに撓みが生じ、その撓み量は作用力の大きさに比例
するためである。

【００１７】ここで、複数のプローブ電極を記録媒体に
接近させる方法の詳細について、図２、図３を用いて説
明する。図２は、複数のプローブ電極の配置及び縦方向
駆動素子の配置・駆動方法の説明の為の上面図、図３
は、その手順を示すフローチャートである。まず図１の
素子１０８に対応する縦方向駆動素子、２０１ｚ、２０
２ｚ、２０３ｚを同時に駆動して第１図の支持部材１０
９に対応するマルチカンチレバー支持部材２０４に対し
て相対的に記録媒体２００（支持部材２０４に対しＺ方
向に存在）を接近させる。複数のプローブ電極のうち最
初に記録媒体に接近し、作用力を検出したものを第１プ
ローブ電極２０５とする。ここで、マルチカンチレバー
支持部材上の複数プローブ電極を図のように４つの領域
に等分（境界を破線で示す）し、第１プローブ電極２０
５を含む領域を領域Ａ、他を領域Ｂ、Ｃ、Ｄとする。次
に駆動素子、２０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚを独立に駆
動させ、プローブ電極２０５の先端を通り、図中ｘ方向
に平行な軸ａを中心として記録媒体２００をマルチカン
チレバー支持部材２０４に対して相対的に回転させる。
このとき、回転の方向は、領域Ｂ、Ｃのプローブ電極が
記録媒体に近づく方向にとる。二番めに記録媒体に接近
し、作用力を検出したプローブ電極が、領域Ａに含まれ
る場合は、そのプローブ電極を新たに第１プローブ電極
とし、新たにこの第１プローブ電極の先端を通り軸ａと
平行な軸を設定して、前述と同様に回転を行なう。二番
めに記録媒体に接近し、作用力を検出したプローブ電極
が、領域Ａの対角に位置する領域Ｃに含まれる場合、そ
の時点から駆動素子２０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚを同
時に駆動して、プローブ電極の先端の高さ方向の位置の
ばらつき（前述の例では〜１μｍ）より大きい距離だけ
支持部材２０４を記録媒体に接近させる。

【００１８】二番めに記録媒体に接近し、作用力を検出
したプローブ電極が領域Ｂに含まれる場合、それを第２
プローブ電極２０６とし、駆動素子Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を
独立に駆動し、第１プローブ電極２０５の先端および第
２プローブ電極２０６の先端を通る軸ｂを中心として、
記録媒体に対して相対的にマルチカンチレバー支持部材
２０４を回転させる。このとき回転の方向は領域ＣＤの
プローブ電極が、記録媒体に近づく方向にとる。三番め
に記録媒体に接近し、作用力を検出したプローブ電極
が、領域Ａに含まれる場合はそのプローブ電極を新たに
第１プローブ電極、領域Ｂに含まれる場合は、そのプロ
ーブ電極を新たに第２プローブ電極として軸ｂを設定し
て、前述と同様に回転を行なう。

【００１９】三番めに記録媒体に接近し、作用力を検出
したプローブ電極が領域Ｃ又はＤに含まれる場合、その
時点から駆動素子２０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚを同時
に駆動し、プローブ電極の先端の高さ方向の位置のばら
つき（前述の例では〜１μｍ）より大きい距離だけ支持
部材２０４を記録媒体に接近させる。

【００２０】二番めに記録媒体に接近し、作用力を検出
したプローブ電極が領域Ｄに含まれる場合、それを第３
プローブ電極２０７とし、駆動素子２０１ｚ、２０２
ｚ、２０３ｚを独立に駆動し、第１プローブ電極２０５
の先端および第３プローブ電極２０７の先端を通る軸ｃ
を中心として、記録媒体に対して相対的にマルチカンチ
レバー支持部材２０４を回転させる。このとき回転の方
向は領域Ｂ、Ｃのプローブ電極が、記録媒体に近づく方
向にとる。三番めに記録媒体に接近し、作用力を検出し
たプローブ電極が、領域Ａに含まれる場合はそのプロー
ブ電極を新たな第１プローブ電極、領域Ｄに含まれる場
合は、そのプローブ電極を新たな第３プローブ電極とし
て軸ｃを設定して、前述と同様に回転を行なう。

【００２１】三番めに記録媒体に接近し、作用力を検出
したプローブ電極が領域Ｂ又はＣに含まれる場合、その
時点から駆動素子２０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚを同時
に駆動し、プローブ電極の先端の高さ方向の位置のばら
つき（前述の例では〜１μｍ）より大きい距離だけ支持
部材２０４を記録媒体に接近させる。

【００２２】さて、ここで駆動素子２０１ｚ、２０２
ｚ、２０３ｚを独立に駆動して記録媒体を相対的にマル
チカンチレバー支持部材２０４に対して回転させる方法
の詳細について説明する。図２において、まず軸ａを中
心として回転させる場合であるが、最初に作用力を検出
した第１プローブ電極の位置を検知し、駆動素子２０１
ｚ、２０２ｚ、２０３ｚとの位置関係：即ち図中距離ｘ
₁、ｘ₂、ｙ₁、ｙ₂を算出する。その後、駆動素子２０１
ｚを記録媒体とマルチカンチレバー支持部材とを離す方
向に、駆動素子２０２Ｚを同じく離す方向に、駆動素子
２０３Ｚを逆に接近方向に、それぞれの駆動量の比がｙ
₁：ｙ₁：ｙ₂となるような割合で、駆動することによ
り、軸ａを中心とする回転を行なうことができる。

【００２３】次に、軸ｂを中心として回転させる場合
は、二番目に作用力を検出した第２プローブ電極の位置
を検知し、駆動素子２０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚとの
位置関係：即ち図中ｘ₃、ｘ₄、ｙ₃、ｙ₄を算出する。そ
の後駆動素子２０１Ｚを記録媒体とマルチカンチレバー
支持部材とを離す方向に、駆動素子２０２ｚを逆に接近
方向に、駆動素子２０３ｚを離す方向に、それぞれの駆
動量の比が、（ｘ₁ｙ₃−ｘ₃ｙ₁）：（ｘ₂ｙ₃−ｘ
₄ｙ₁）：（ｘ₃ｙ₂−ｘ₁ｙ₄）となるような割合で駆動す
ることにより軸ｂを中心とする回転を行なうことができ
る。

【００２４】軸ｃについても同様に二番目に、作用力を
検出した第３プローブ電極の位置を検知し、駆動素子２
０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚとの位置関係：即ち図中ｘ
₅、ｘ₆、ｙ₅、ｙ₆を算出する。その後駆動素子２０１ｚ
を記録媒体とマルチカンチレバー支持部材とを離す方向
に、駆動素子２０２ｚを同様に離す方向に、駆動素子２
０３ｚを逆に接近方向に、それぞれの駆動量の比が、
（ｙ₁ｘ₅−ｙ₅ｘ₁）：（ｙ₂ｘ₅−ｙ₆ｘ₁）：（ｙ₅ｘ₂−
ｙ₁ｘ₆）となるような割合で駆動することにより、軸ｃ
を中心とする回転を行なうことができる。

【００２５】以上の動作の為のフローチャートが図３に
示されている。

【００２６】以上のことは図２に示したような縦方向駆
動素子２０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚと領域Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄとの関係をもとに図中に示してある駆動素子２０
４ｚは無いものとして説明したが、本発明の概念はこの
関係の場合のみに限定されるわけでなく、素子２０１
ｚ、２０２ｚ、２０３ｚのいずれかの代わりに図中駆動
素子２０４ｚを設けた場合も同様である。また、縦方向
駆動素子２０１ｚ、２０２ｚ、２０３ｚ、２０４ｚが４
つともある場合も同様であるがその場合は、いずれか１
つの素子が、他の３つの素子に従属して駆動されること
になる。

【００２７】以上のようにして、記録媒体１０７をプロ
ーブ電極に近づけていく際に個々のカンチレバーの撓み
量を検知しながら、縦方向駆動素子１０８を用いてマル
チカンチレバー支持部材１０９と記録媒体１０７との間
隔・傾きを調整することによりすべてのプローブ電極と
記録媒体との間に作用力が生じた状態でかつ、その作用
力の大きさのばらつきを一定の範囲内にすることができ
る。前述の場合（カンチレバーの弾性定数０．０１Ｎ／
ｍ、プローブ電極先端高さのばらつき１μｍ）、作用力
のばらつきの範囲は０．０１Ｎ／ｍ×１μｍ＝１０^-8Ｎ
である。ここで、個々のプローブ電極と記録媒体との間
に働く力の大きさのばらつきをさらに小さくするために
は、プローブ先端部高さのばらつき程度が同じと考えら
れる場合、カンチレバーの弾性定数を小さく、すなわ
ち、レバー長を大きくするか、レバー膜厚を小さくすれ
ばよい。

【００２８】この様に本実施例は個々のプローブ電極を
支持する部材として、記録媒体表面の弾性定数よりも小
さい弾性定数を有する弾性体を用いることにより全プロ
ーブ電極を一括で記録媒体に接近させる際に、記録媒体
と個々のプローブ電極との間に働く力による弾性体の変
形によってプロセス上の誤差による個々のプローブ電極
間の形状、大きさのばらつきを、吸収するようにしたも
のである。このことにより、個々のプローブ電極の媒体
との間隔を制御する為の特別の回路なしで、全プローブ
電極を記録媒体に接近させることができ、かつ、記録媒
体とプローブ電極との間に働く力を一定レベル以下にす
ることができる。即ち、複数のプローブ電極を記録媒体
に接近させる際に、それぞれのプローブ電極と記録媒体
との間に働く力の大きさを一定の範囲内でそろえ、か
つ、その範囲の大きさまで、小さくすることができる。
従って、記録媒体やプローブ電極の材質がプローブ電極
と記録媒体との間に働く力により破壊しやすい材質であ
っても、記録媒体よりも小さな弾性定数を有するカンチ
レバーを用い上に述べた方法により、その破壊のしきい
値以上の力が加わらないようにすることができ、記録・
再生中の破壊を避けることができる。

【００２９】上述のようにして、記録媒体１０７に接近
させたプローブ電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、…
によって、行なう記録方法を次に説明する。位置制御回
路１２０から図中横方向位置制御信号を横方向駆動素子
１１０に加え、記録媒体１０５上の所望の記録すべき位
置にプローブ電極先端を移動する。記録用電圧印加回路
１１１からの記録電圧信号を、切替え回路１１２によっ
て印加すべきプローブ電極を選択して印加する。ここで
記録媒体としては、局所的電圧印加、電界印加、電流に
よって局所的な形状変化を生ずるものを用いる。例え
ば、特開平１−３１２７５３号に述べられているような
金属又は金属化合物の薄膜、具体的には、Ａｕ，Ａｌ、
更には文献Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１．，２
４４（１９８７）［Ｓｔａｎｆｅｒ他］に示されている
Ｒｈ−Ｚｒ合金やＴｅ−Ｔｉ合金、Ｔｅ−Ｓｅ合金、Ｔ
ｅ−Ｃ、Ｈ系材料又はアモルファスシリコン等の半導体
薄膜等を用いることができる。このとき、プローブ電極
の材料としては、タングステン、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ等が
使用される。また、文献Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．５５．，１７２７（１９８９）［Ａｌｂｒｅｃｈｔ
他］に示されているようなグラファイト表面への電圧パ
ルス印加によるエッチング法を用いてもよい。

【００３０】ここに挙げたプローブ電極及び記録媒体の
例においては、プローブ電極−記録媒体間に働く力によ
る破壊のしきい値は、約１０^-6Ｎ程度である。したがっ
て、前述の複数のプローブ電極先端高さのばらつきが１
μｍとすると、複数のプローブ電極を記録媒体に対し
て、接近及び記録・再生のための走査を行なう際に、間
に働く力による破壊を避けるために、各々のプローブ電
極を支持するカンチレバーの弾性定数は、約０．５Ｎ／
ｍより小さくする。これにより記録媒体とプローブ電極
の間に働く力を１０^-6Ｎ以下にできる。

【００３１】このようにして、記録媒体の局所的形状変
化として記録された情報の再生方法について次に述べ
る。レーザー１１４からの光ビームをレンズ１１５によ
って集光し、回転するポリゴンミラー１１６に入射させ
る。ポリゴンミラー１１６は回転速度制御回路１１７に
よって回転速度を制御されており、ポリゴンミラー１１
６が回転するにしたがって、前述の入射光ビームの反射
光ビームが、複数のカンチレバー１０１ａ、１０１ｂ、
１０１ｃ、…の裏面を走査する。このとき、ポリゴンミ
ラー１１６のミラー面に図１の紙面に垂直方向からの傾
きをつける、即ち図にＭで示す軸を中心にポリゴンミラ
ーを回転させることによって、図１に示した紙面に水平
方向に並ぶカンチレバーのみならず、紙面垂直方向に並
ぶカンチレバーをも走査することが可能になる。カンチ
レバー裏面からの反射光ビームの位置を位置検出素子１
１８によって検出する。ここでカンチレバーの長さを
ｌ、カンチレバー裏面から位置検出素子までの距離をＬ
とすると、カンチレバー先端がΔＺ撓みを生じると、カ
ンチレバー裏面からの反射光ビームの位置検出素子１１
８上での光スポットの位置が、距離

【００３２】

【外１】だけずれを生じる。位置検出素子１１８からの信号をも
とに位置検出信号処理回路１１９によってこの光スポッ
トの位置ずれを検出することにより、カンチレバー先端
の撓み量を検知することができる。ここで、ポリゴンミ
ラー１１６によって光ビームを走査し、複数のカンチレ
バー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、…の各々の先端の
撓み量ΔＺａ、ΔＺｂ、ΔＺｃ、…を回転速度制御回路
１１７からの信号をもとに時分割で検知することができ
る。

【００３３】さて、複数のプローブ電極１０４ａ、１０
４ｂ、１０４ｃ、…によって記録媒体１０７表面を２次
元に走査し、プローブ電極が記録位置（形状変化をおこ
したビット位置）にくると、その局所的形状変化によっ
てプローブ電極が、記録媒体から受ける力に変化を生
じ、そのプローブ電極を支持するカンチレバーの撓み量
に変化が生じる。この撓み量の変化を複数のカンチレバ
ーにおいて時分割で順次検出することにより、各プロー
ブ電極毎に二次元に配列された記録ビットを順次検出つ
まり再生を行なう。

【００３４】以下図４を用いて本発明の第２の実施例を
説明する。第１実施例で用いたカンチレバーの形成方法
及び、プローブ電極の形成方法によって１片のＳｉ基板
上に長さ１００μｍ、幅２０μｍ、厚さ１μｍのＳｉＯ
₂の弾性体カンチレバー４０３を複数個形成し、それぞ
れのカンチレバーの先端にプローブ電極４０２を設けて
いる。

【００３５】図４に示すように複数のカンチレバーが形
成されたＳｉ基板４０４を支持台４１３に固定する。支
持台４１３は少なくとも３個の圧電素子４１４を介して
ベース４０７に取り付けられている。これら圧電素子４
１４はマイクロコンピュータ４１１によって制御された
圧電素子制御回路４１２によって個々に駆動される。ま
た電圧印加及び電流検知回路４１０によって、個々のプ
ローブ電極４０２に電圧が印加され、個々のプローブ電
極４０２と記録媒体４０１の間に流れる電流がそれぞれ
別個に検知される。媒体４０１はｘｙｚ微動装置４０５
によって、ｘ、ｙ及びｚ軸方向に微小量動かすことがで
き、更に、ｘｙｚ粗動装置４０６によって粗動すること
ができる。

【００３６】記録媒体は以下の如く作成した。

【００３７】光学研磨したガラス基板（基板４０１３）
を中性洗剤およびトリクレンを用いて洗浄した後、下引
き層としてＣｒを真空蒸着法により厚さ５０Å堆積さ
せ、更にＡｕを同法により、４００Å蒸着した下地電極
（Ａｕ電極４０１２）を形成した。

【００３８】次にスクアリリウム−ビス−６−オクチル
アズレン（以下ＳＯＡＺと略す）を濃度０．２ｍｇ／ｍ
ｌ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した。溶媒の蒸発を待ち係
る単分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め、更にこれ
を一定に保ちながら前記電極基板を水面を横切るように
速度５ｍｍ／分で静かに浸漬し、さらに引き上げ２層の
Ｙ型単分子膜の累積を行なった。この操作を４回繰り返
すことでＳＯＡＺ８層を累積した記録層４０１１を有す
る記録媒体４０１が作成される。

【００３９】次に記録、再生、消去の具体的な仕方につ
いて述べる。

【００４０】記録媒体４０１をｘｙｚ微動装置４０５の
上に固定し、ｘｙｚ粗動装置４０６、そしてｘｙｚ微動
装置４０５を駆動し、プローブ電極４０２とＡｕ電極４
０１２の間にバイアス１００ｍＶを印加した状態で両者
を接近させる。プローブ電極４０２と記録媒体４０１の
間を流れる電流をモニターしながらｘｙｚ微動装置４０
５のｚ方向駆動量を変えてゆくと図５に示すような電流
特性（図中のＩで示す曲線）が得られた。

【００４１】一方、プローブ電極４０２と記録媒体４０
１が接近すると両者の間に力が働き、この力によってカ
ンチレバー４０３が変形する。この変形量を、あらかじ
めレーザービームのカンチレバーでの反射ビームのずれ
によって検出する光てこ方式を用いて、前記電流特性と
同時に測定した結果も同時に図５に示してある（図中の
Ｆで示す曲線）。

【００４２】プローブ電極４０２と記録媒体４０１との
間の距離が１ナノメートル以下でプローブ電極４０２と
記録媒体４０１の間に斥力が働く図３のα領域では、両
者間に流れる電流はｘｙｚ微動装置４０５のｚ方向駆動
量に対してほぼ一定となっている。そこで以後、α操作
では、まず、回路４１０によって電流をモニターして、
マイクロコンピュータ４１１による制御によってプロー
ブ電極４０２と記録媒体４０１とを両者間に斥力が働く
距離まで接近させることができる。

【００４３】そこで圧電素子４１４を制御して、全プロ
ーブ電極が一様に記録媒体４０１に接近するように調節
し、全プローブを図５のα領域の状態になるまで接近さ
せた。ここで、全プローブ電極を記録媒体に接近させる
方法の詳細については、図２、図３を用いて説明した第
１実施例と同様であり、第１実施例における作用力の代
わりに電流を検知するものである。

【００４４】以上のようにして、全プローブ電極を記録
媒体４０１に近づけていく際に、個々のプローブ電極と
記録媒体４０１との間に流れる個々の電流値を検知しな
がら圧電素子４１４を制御して、全カンチレバーを支持
するＳｉ基板４０４と記録媒体４０１との間隔・傾きを
調整することによりすべてのプローブ電極と記録媒体と
の間に電流が流れた状態でかつ、そのときプローブ電極
と記録媒体との間に働く斥力の大きさのばらつきを一定
の範囲内にすることができる。例えばカンチレバーの弾
性定数０．０１Ｎ／ｍ、プローブ電極先端のｚ方向の高
さのばらつき１μｍとすると斥力のばらつきの範囲は
０．０１Ｎ／ｍ×１μｍ＝１０^-8Ｎとなる。ここで、個
々のプローブ電極と記録媒体との間に働く斥力の大きさ
のばらつきをさらに小さくするためには、プローブ先端
高さのばらつきが一定の場合、カンチレバーの弾性定数
を小さく、すなわち、レバー長を大きくするか、レバー
膜厚を小さくすればよい。

【００４５】このようにして、複数のプローブ電極を記
録媒体に接近させる際に、それぞれのプローブ電極と記
録媒体との間に働く斥力の大きさを一定の範囲内でそろ
え、かつ、その範囲の大きさまで、小さくすることがで
きる。こうして、記録媒体やプローブ電極の材質がプロ
ーブ電極と記録媒体との間に働く斥力により破壊しやす
い材質であっても記録媒体よりも小さな弾性定数を有す
るカンチレバーを用い上に述べた方法により、その破壊
のしきい値以上の斥力が加わらないようにすることがで
き、記録・再生中の破壊を避けることができる。

【００４６】本実施例に挙げた有機単分子膜の累積膜の
記録媒体の例においては、プローブ電極−記録媒体間に
働く力による破壊のしきい値は約５×１０^-8Ｎ程度であ
る。したがって前述の複数のプローブ電極先端高さのば
らつきが１μｍとすると、複数のプローブ電極を記録媒
体に対して接近及び記録・再生のための走査を行なう際
に、間に働く力による破壊を避けるためには、各々のプ
ローブ電極を支持するカンチレバーの弾性定数を約０．
０１Ｎ／ｍより小さくする。ただし、カンチレバーの作
成プロセスの限界から機械的強度及び共振周波数がある
程度（１０ＫＨｚ）以上あるカンチレバーであるため
に、実際は弾性定数を０．００１Ｎ／ｍより大きくす
る。

【００４７】上述接近工程の終了した状態で圧電素子４
１４は支持台４１３のｚ軸方向の位置を固定させｘｙｚ
微動装置４０５でｘ軸及びｙ軸方向に媒体４０１を移動
させることにより、プローブ電極４０２で媒体４０１を
走査させる。情報記録時にはこの走査中に記録情報に応
じて所定の位置で、媒体をＯＮ状態にするしきい値電圧
以上の電圧を回路４１０で印加していく。これにより媒
体４０１上に情報記録がなされていく。（オール０信号
の記録である）消去時には媒体をＯＦＦ状態にもどすし
きい値電圧以上の電圧を、消去情報に応じて記録時と同
様に印加していけば良い。再生時は、この走査中に上述
のしきい値以下の電圧を印加しながら、回路４１０でプ
ローブ電極４０２と媒体４０１との間に流れる電流を検
出していく。この時の検出電流の変化状態が媒体上に記
録された情報を示す事になる。

【００４８】次にこの装置において行なった記録、再
生、消去の実験について述べる。

【００４９】上述したような接近状態下で、ｘｙｚ微動
装置を制御して、記録媒体をｘｙ面内で駆動しながら個
々のプローブ電極４０２とＡｕ電極４０１２の間を流れ
る電流を測定したところ、いずれもほぼ１ｎＡ程度の電
流値を示し、個々のプローブ電極を流れる電流の走査中
の変動はきわめて小さかった。次に図６を用いて記録動
作を説明する。上と同様に記録媒体をｘｙ面内で駆動し
ながら、個々のプローブ電極に個別のビット情報（図６
中の（ａ））に基づいて図６中の（ｂ）に示すような書
き込みパルス列を生成して、これを加えた。ここで、ビ
ット情報の最初のビットは個々のビット情報全てについ
てＯＮ状態に対応するビットとしておいた（図中ａ−１
で示す）。パルス印加後、再び書き込み時と同じ方法で
記録媒体をｘｙ平面内で駆動して、バイアス１００ｍＶ
印加条件下でプローブ電極４０２とＡｕ電極４０１２の
間を流れる電流を測定したところ、４桁程度の電流変化
が各プローブ電極に対して得られ、これらの電流測定値
を２値化して得たパルス列は、各プローブ電極４０２に
加えた個別のビット情報（図６中の（ａ））に一致し
た。

【００５０】次に上で書き込んだ個々の個別ビット情報
に基づいて図６中の（ｃ）に示すような消去パルス列を
生成した。ここで全てのビット情報に対して最初のビッ
トはＯＮのまま消去しないものとしておく。書き込み時
と同じ方法で記録媒体をｘｙ平面内で駆動して、電流値
を測定し、最初のビット、すなわち最初に電流値が４桁
程度変化した位置で媒体の駆動を一時停止した。この
時、初めに定めたビット情報の条件のとおり、全てのプ
ローブ電極４０２について４桁程度の変化が認められ
た。つづいて、媒体の駆動を再開し、これに同期させて
先に生成した個々のプローブ電極４０２に対して個別の
消去パルス列を印加した。再び、書き込み時と同じ方法
で記録媒体４０１をｘｙ平面内で駆動して電流を測定し
たところ、最初のビット以外は全てＯＦＦ状態すなわち
１ｎＡ程度の電流値を示し、消去が完了した事が確認さ
れた。

【００５１】ここで使用した消去パルスに変えて、書き
込みに用いたビット情報のうち、最初のビットを除く、
任意のビットを選んで消去パルス列（図６中の（ｄ））
を生成し、前述の手法と同様にして消去実験をしたとこ
ろ、選択したビットのみの消去が確認できた。

【００５２】以上述べた各実施例は、記録のみ、再生の
みの装置でも良い。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、プロ
ーブと媒体との間隔調整がより簡単に行なえ、プローブ
が複数ある場合も、個々のプローブ毎の間隔制御の為の
特別なサーボ回路を必要とせず、記録再生中の媒体やプ
ローブの破壊を効果的に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す記録再生装置の構
成図である。

【図２】第１実施例における複数のプローブ電極を記録
媒体に接近させる方法の説明図である。

【図３】第１実施例における複数のプローブ電極を記録
媒体に接近させる方法のフローチャートを示す図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例を示す記録再生装置の構
成図である。

【図５】プローブ電極と記録層表面との距離を変えた時
に得られた両者間に流れる電流と両者間に働く力の変化
を示す特性図である。

【図６】複数個のプローブ電極を用いた記録、再生、消
去実験においてある１つのプローブ電極に与えられたビ
ット情報、記録用パルス列、消去用パルス列を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０１カンチレバー１０２カンチレバー１０３カンチレバー１０４プローブ電極１０５プローブ電極１０６プローブ電極１０７記録媒体１０８縦方向駆動素子１０９マルチカンチレバー支持部材１１０横方向駆動素子１１１記録用電圧印加回路１１２切り替え回路１１３制御コンピュータ１１４レーザー１１５レンズ１１６ポリゴンミラー１１７回転速度制御回路１１８位置検出素子１１９位置検出信号処理回路１２０位置制御回路２０１Ｚ縦方向駆動素子２０２Ｚ縦方向駆動素子２０３Ｚ縦方向駆動素子２０４マルチカンチレバー支持部材２０５第１プローブ電極２０６第２プローブ電極２０７第３プローブ電極４０１記録媒体４０２プローブ電極４０３カンチレバー４０４カンチレバーの支持体であるＳｉ基板４０５ｘｙｚ微動装置４０６ｘｙｚ粗動装置４０７ベース４０８ｘｙｚ微動装置の制御回路４０９ｘｙｚ粗動装置の制御回路４１０電圧印加及び電流検知回路４１１マイクロコンピュータ４１２圧電素子の制御回路４１３支持台４１４圧電素子４０１１記録層４０１２Ａｕ電極４０１３ガラス基板

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報記録媒体に複数のプローブを介して
情報の記録及び／又は再生を行う方法で、複数のプロー
ブおのおのを弾性体により支持し、前記複数のプローブ
おのおのと前記情報記録媒体との間に発生する作用力自
身によって前記弾性体を変形させることにより、前記複
数のプローブの前記情報記録媒体に対する位置調整を行
うことを特徴とする記録及び／又は再生方法。
【請求項２】情報記録媒体に複数のプローブを介して
情報の記録及び／又は再生を行う装置で、複数のプロー
ブおのおのを支持する弾性体と、前記複数のプローブお
のおのと前記情報記録媒体との間に発生する作用力が発
生するまで近接させるための駆動手段とを有し、該作用
力自身によって前記弾性体を変形させることにより、前
記複数のプローブの前記情報記録媒体に対する位置調整
を行うことを特徴とする記録及び／又は再生装置。
【請求項３】前記複数のプローブと前記情報記録媒体
との間に働く作用力は斥力であることを特徴とする請求
項１または２の記録及び／又は再生方法または装置。
【請求項４】前記弾性体を変形させる際に前記複数の
プローブのうちの特定のものの位置を検出し、該検出位
置から前記複数のプローブ全体と記録媒体との相対位置
関係を算出し、該算出結果より前記複数のプローブ全体
と情報記録媒体とを相対駆動することを特徴とする請求
項１乃至３の記録及び／又は再生方法または装置。
【請求項５】前記弾性体は一端を支持体に固定され、
他端にプローブを配置した梁であることを特徴とする請
求項１乃至４の記録及び／又は再生方法または装置。
【請求項６】前記弾性体の弾性定数は０．５Ｎ／ｍ以
下であり、前記作用力として１０^-6Ｎ以下の斥力が作用
するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の記録
及び／又は再生方法または装置。
【請求項７】対象物に対して複数のプローブを対向さ
せて位置決めする方法で、複数のプローブおのおのを弾
性体により支持し、前記複数のプローブおのおのと前記
情報記録媒体との間に発生する作用力自身によって前記
弾性体を変形させることにより、前記複数のプローブの
前記情報記録媒体に対する位置調整を行うことを特徴と
するプローブの位置決め方法。
【請求項８】前記対象物は情報記録媒体であり、前記
複数のプローブと前記情報記録媒体との間に働く作用力
は斥力であることを特徴とする請求項７のプローブの位
置決め方法。