JPH08212605A - 情報処理装置の探針位置制御機構および探針位置制御方法 - Google Patents
情報処理装置の探針位置制御機構および探針位置制御方法Info
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- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、探針の媒体に対する衝突を回避し、
探針先端の変形を防止してその清浄性をより長く持続さ
せるようにした情報処理装置の探針位置制御機構を提供
することを目的としている。 【構成】本発明は、電圧の印加により記録媒体と探針と
の間に流れる電流を検出し、その検出信号によって前記
探針の駆動機構を駆動制御して前記記録媒体と探針との
間の距離を制御するようにした情報処理装置の探針位置
制御機構において、前記駆動機構の駆動制御中心位置を
オフセット生成手段のオフセット信号によって偏倚でき
るように構成したものである。
探針先端の変形を防止してその清浄性をより長く持続さ
せるようにした情報処理装置の探針位置制御機構を提供
することを目的としている。 【構成】本発明は、電圧の印加により記録媒体と探針と
の間に流れる電流を検出し、その検出信号によって前記
探針の駆動機構を駆動制御して前記記録媒体と探針との
間の距離を制御するようにした情報処理装置の探針位置
制御機構において、前記駆動機構の駆動制御中心位置を
オフセット生成手段のオフセット信号によって偏倚でき
るように構成したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、探針を試料に接近させ
ることによって生じる物理現象を利用した情報処理装置
に係り、特に探針と試料との距離を制御する探針位置制
御機構および探針位置制御方法に関するものである。
ることによって生じる物理現象を利用した情報処理装置
に係り、特に探針と試料との距離を制御する探針位置制
御機構および探針位置制御方法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記録
再生の応答速度が早いことは必要不可欠である。従来ま
で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ともな
い、有機色素、フォトポリマーなど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。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（以後、ＳＴＭと略す）が
開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ． Ｐｈｙ
ｓ． Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、
単結晶、非結晶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、しかも試料に電流による損傷を与え
ずに低電力で測定できる利点も有し、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。
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記録
再生の応答速度が早いことは必要不可欠である。従来ま
で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ともな
い、有機色素、フォトポリマーなど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。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（以後、ＳＴＭと略す）が
開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ． Ｐｈｙ
ｓ． Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、
単結晶、非結晶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、しかも試料に電流による損傷を与え
ずに低電力で測定できる利点も有し、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。
【０００３】ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導
電性物質間に電圧を加えて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指数関数的に応答するため非常に
敏感である。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。そして、これによる面内方
向の分解能は０．１ｎｍ程度であり、したがって、ＳＴ
Ｍの原理を応用すれば十分に原子オーダー（サブ・ナノ
メートル）での高密度記録再生を行うことが可能であ
る。
電性物質間に電圧を加えて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指数関数的に応答するため非常に
敏感である。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。そして、これによる面内方
向の分解能は０．１ｎｍ程度であり、したがって、ＳＴ
Ｍの原理を応用すれば十分に原子オーダー（サブ・ナノ
メートル）での高密度記録再生を行うことが可能であ
る。
【０００４】例えば、特開昭６１−８０５３６号公報に
開示されている情報処理装置では、電子ビーム等によっ
て媒体表面に吸着した原子粒子を取り除き書き込みを行
い、ＳＴＭによりこのデータを再生している。また、記
録層として電圧電流のスイッチング特性に対してメモリ
効果を持つ材料、例えば共役π電子系をもつ有機化合物
やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録・再生を
ＳＴＭで行う方法が提案されている［特開昭６３−１６
１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報］。
この方法によれば、記録のビットサイズを１０ｎｍとす
れば、１Ｔｂｉｔ／ｃｍもの大容量記録再生が可能であ
る。さらに、プローブ電極の走査機構としてはカンチレ
バータイプのもの（公開特許公報昭６２−２８１１３
８）があり、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2からなる長さ１００
μｍ、幅１０〜２０μｍ、厚さ０．５μｍ程度の大きさ
のカンチレバー型の機構を複数個作り込むことが可能と
なっており、同一の基板上に書き込み読み出し回路も集
積化されている。
開示されている情報処理装置では、電子ビーム等によっ
て媒体表面に吸着した原子粒子を取り除き書き込みを行
い、ＳＴＭによりこのデータを再生している。また、記
録層として電圧電流のスイッチング特性に対してメモリ
効果を持つ材料、例えば共役π電子系をもつ有機化合物
やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録・再生を
ＳＴＭで行う方法が提案されている［特開昭６３−１６
１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報］。
この方法によれば、記録のビットサイズを１０ｎｍとす
れば、１Ｔｂｉｔ／ｃｍもの大容量記録再生が可能であ
る。さらに、プローブ電極の走査機構としてはカンチレ
バータイプのもの（公開特許公報昭６２−２８１１３
８）があり、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2からなる長さ１００
μｍ、幅１０〜２０μｍ、厚さ０．５μｍ程度の大きさ
のカンチレバー型の機構を複数個作り込むことが可能と
なっており、同一の基板上に書き込み読み出し回路も集
積化されている。
【０００５】このようなＳＴＭの原理から明らかなとお
り、ＳＴＭで物質の表面構造を測定するためにはプロー
ブの位置制御としてオングストロームレベルの制御が必
要である。そのために制御用のアクチュエータとして圧
電素子を利用したものや静電力を利用したものが開発さ
れている。圧電素子を利用したものとしては、円筒型素
子や積層型素子などが用いられているが、レバータイプ
のものとして圧電体２層を電極と交互に積層した片持ち
梁であるバイモルフカンチレバーなども用いられる。ま
た、静電力を利用したものとしてはレバータイプが有
り、片持ち梁タイプのものとトーションタイプのものが
用いられる。トーションタイプのレバーはレバー側方か
らレバーを支持するためのトーションバーが出ており、
静電力とそのバーのねじれの復元力を用いて変位する
（図６及び図７）。しかしながら、このようなアクチュ
エータは位置決め精度は非常に高いものの、反面、ダイ
ナミックレンジが小さいために原子オーダの表面凹凸に
は十分追従するが、マクロな表面凹凸である基板のうね
り等に対しては追従が困難であるばかりでなく、探針と
媒体との接触が生じる場合があり探針先端の感度の低下
や解像度の低下などのダメージが生じるという問題があ
った。そこで従来からは粗動と微動の２つのアクチュエ
ータによって制御される場合が一般的である。これによ
ると、原子レベルの凹凸には微動機構が対応し、比較的
大きな凹凸には粗動機構が対応して、微動機構のみでは
カバーできなかった基板のうねりのような大きな凹凸に
も追従することができるようになっている。そして、こ
のような制御をＳＴＭ観察に用いる場合、微動の制御の
中心が微動全体の変位の真ん中になるように粗動を制御
すると良いことが特開平０１−２３３３０３号公報に開
示されている。その理由としては、表面形状観察の場合
は探針が基板に接近する方向と離反する方向に同程度の
ダイナミックレンジを持っていた方がより凹凸形状を詳
細にとらえることができると考えられるからである。
り、ＳＴＭで物質の表面構造を測定するためにはプロー
ブの位置制御としてオングストロームレベルの制御が必
要である。そのために制御用のアクチュエータとして圧
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れている。圧電素子を利用したものとしては、円筒型素
子や積層型素子などが用いられているが、レバータイプ
のものとして圧電体２層を電極と交互に積層した片持ち
梁であるバイモルフカンチレバーなども用いられる。ま
た、静電力を利用したものとしてはレバータイプが有
り、片持ち梁タイプのものとトーションタイプのものが
用いられる。トーションタイプのレバーはレバー側方か
らレバーを支持するためのトーションバーが出ており、
静電力とそのバーのねじれの復元力を用いて変位する
（図６及び図７）。しかしながら、このようなアクチュ
エータは位置決め精度は非常に高いものの、反面、ダイ
ナミックレンジが小さいために原子オーダの表面凹凸に
は十分追従するが、マクロな表面凹凸である基板のうね
り等に対しては追従が困難であるばかりでなく、探針と
媒体との接触が生じる場合があり探針先端の感度の低下
や解像度の低下などのダメージが生じるという問題があ
った。そこで従来からは粗動と微動の２つのアクチュエ
ータによって制御される場合が一般的である。これによ
ると、原子レベルの凹凸には微動機構が対応し、比較的
大きな凹凸には粗動機構が対応して、微動機構のみでは
カバーできなかった基板のうねりのような大きな凹凸に
も追従することができるようになっている。そして、こ
のような制御をＳＴＭ観察に用いる場合、微動の制御の
中心が微動全体の変位の真ん中になるように粗動を制御
すると良いことが特開平０１−２３３３０３号公報に開
示されている。その理由としては、表面形状観察の場合
は探針が基板に接近する方向と離反する方向に同程度の
ダイナミックレンジを持っていた方がより凹凸形状を詳
細にとらえることができると考えられるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
０１−２３３３０３号公報に開示されているような従来
の制御方法を情報処理装置に用いた場合、探針が表面形
状の凹方向には追従できる反面、その分、探針の凸方向
の可動範囲が小さくなってしまい、その結果凸部に探針
が接触し、先端のダメージが生じてしまうという問題が
あった。そして、これらの接触乃至は衝突は、記録媒体
表面上の高さが１０ｎｍ以上の構造体、例えば媒体結晶
のグレインバンダリ等の部分で起こることが多い。それ
は微動だけでは戻しきれずに衝突してしまうことが原因
している。そして、これは媒体基板として結晶金属基板
を用いる場合に大きな問題となっている。メモリシステ
ムにおいては、探針のダメージは深刻である。媒体の一
部のエリアの破壊ならば、そのエリアを回避する、ある
いは現在のコンパクトディスクのように記録場所を分散
させる等をして記録再生を行えばよいが、探針のダメー
ジは探針の清浄化、先端形状の再先鋭化、もしくは探針
の交換などを行わない限りすべてのデータに誤りや検出
不能などの影響が及ぶことになってしまう。その上、探
針再生などの機構を設けることは技術的にも困難である
上、集積化などを考えると効率上も不利な面が多い。ま
た、微動機構に静電駆動型トーションレバーを用いた場
合、制御中心が微動の駆動範囲の中心となっている時に
は、プローブ待避についてトーションの復元力を効率よ
く活かしていなかった。
０１−２３３３０３号公報に開示されているような従来
の制御方法を情報処理装置に用いた場合、探針が表面形
状の凹方向には追従できる反面、その分、探針の凸方向
の可動範囲が小さくなってしまい、その結果凸部に探針
が接触し、先端のダメージが生じてしまうという問題が
あった。そして、これらの接触乃至は衝突は、記録媒体
表面上の高さが１０ｎｍ以上の構造体、例えば媒体結晶
のグレインバンダリ等の部分で起こることが多い。それ
は微動だけでは戻しきれずに衝突してしまうことが原因
している。そして、これは媒体基板として結晶金属基板
を用いる場合に大きな問題となっている。メモリシステ
ムにおいては、探針のダメージは深刻である。媒体の一
部のエリアの破壊ならば、そのエリアを回避する、ある
いは現在のコンパクトディスクのように記録場所を分散
させる等をして記録再生を行えばよいが、探針のダメー
ジは探針の清浄化、先端形状の再先鋭化、もしくは探針
の交換などを行わない限りすべてのデータに誤りや検出
不能などの影響が及ぶことになってしまう。その上、探
針再生などの機構を設けることは技術的にも困難である
上、集積化などを考えると効率上も不利な面が多い。ま
た、微動機構に静電駆動型トーションレバーを用いた場
合、制御中心が微動の駆動範囲の中心となっている時に
は、プローブ待避についてトーションの復元力を効率よ
く活かしていなかった。
【０００７】そこで、本発明は、このような問題を解決
するため、探針の媒体に対する衝突を回避し、探針先端
の変形を防止してその清浄性をより長く持続させるよう
にした情報処理装置の探針位置制御機構を提供すること
を目的とするものである
するため、探針の媒体に対する衝突を回避し、探針先端
の変形を防止してその清浄性をより長く持続させるよう
にした情報処理装置の探針位置制御機構を提供すること
を目的とするものである
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、電圧の印加により記録媒体と探針との間に
流れる電流を検出し、その検出信号によって前記探針の
駆動機構を駆動制御して前記記録媒体と探針との間の距
離を制御するようにした情報処理装置の探針位置制御機
構において、駆動機構の駆動制御中心位置を偏倚させて
探針の媒体からの引き離しマージンを可能な限り多くと
ることができるように構成されている。すなわち、本発
明の情報処理装置の探針位置制御機構は、前記駆動機構
の駆動制御中心位置をオフセット生成手段のオフセット
信号によって偏倚できるように構成したことを特徴とす
るものである。そして、本発明の前記駆動機構は、前記
検出信号によって前記探針を前記記録媒体方向に駆動制
御する、つまりその探針を前記記録媒体表面に垂直な方
向に変位させる２つの駆動機構により構成し、相互に連
係するように構成することができる。
成するため、電圧の印加により記録媒体と探針との間に
流れる電流を検出し、その検出信号によって前記探針の
駆動機構を駆動制御して前記記録媒体と探針との間の距
離を制御するようにした情報処理装置の探針位置制御機
構において、駆動機構の駆動制御中心位置を偏倚させて
探針の媒体からの引き離しマージンを可能な限り多くと
ることができるように構成されている。すなわち、本発
明の情報処理装置の探針位置制御機構は、前記駆動機構
の駆動制御中心位置をオフセット生成手段のオフセット
信号によって偏倚できるように構成したことを特徴とす
るものである。そして、本発明の前記駆動機構は、前記
検出信号によって前記探針を前記記録媒体方向に駆動制
御する、つまりその探針を前記記録媒体表面に垂直な方
向に変位させる２つの駆動機構により構成し、相互に連
係するように構成することができる。
【０００９】また、前記２つの駆動機構は、その一方は
分解能の高い微動手段であり他方が分解能の低い粗動手
段で構成することができる。さらに、前記微動手段は、
その駆動制御中心位置がオフセット生成手段の出力する
オフセット信号によって偏倚可能に構成され、そのオフ
セット値が一定となるように、また、電流検出手段の出
力信号から算出されるように構成することができる。そ
の際、そのオフセット値によって前記微動手段の駆動制
御中心位置がその動作範囲の２分の１の位置よりも媒体
と探針が近付く位置に設定できるように構成することに
より、探針の媒体からの引き離しマージンを多くとるよ
うにすることができる。そして、本発明においては、前
記探針に流れる電流がトンネル電流であることを特徴と
している。
分解能の高い微動手段であり他方が分解能の低い粗動手
段で構成することができる。さらに、前記微動手段は、
その駆動制御中心位置がオフセット生成手段の出力する
オフセット信号によって偏倚可能に構成され、そのオフ
セット値が一定となるように、また、電流検出手段の出
力信号から算出されるように構成することができる。そ
の際、そのオフセット値によって前記微動手段の駆動制
御中心位置がその動作範囲の２分の１の位置よりも媒体
と探針が近付く位置に設定できるように構成することに
より、探針の媒体からの引き離しマージンを多くとるよ
うにすることができる。そして、本発明においては、前
記探針に流れる電流がトンネル電流であることを特徴と
している。
【００１０】さらに、本発明の探針位置制御方法は、電
圧の印加により記録媒体と探針との間に流れる電流を検
出しその検出信号によって前記探針の駆動機構を駆動制
御して前記記録媒体と探針との間の距離を制御するよう
にした情報処理装置の探針位置制御方法において、駆動
機構の駆動制御中心位置を設定したオフセット値によっ
て偏倚させて探針の媒体からの引き離しマージンを多く
とることができるようにしたことを特徴とするものであ
り、その際、その偏倚を少なくともその動作範囲の２分
の１の位置以下に媒体と探針が近付く位置に偏倚できる
ようにすることが有効である。そして、本発明において
はそれを少なくとも媒体側からその動作範囲の４５％の
位置より媒体と探針が近付く位置に偏倚できるようにす
ることが、探針のダメージを有効に回避する上で好まし
く、より好ましくはそれを媒体側からその動作範囲の３
０％、さらに好ましくは１５％の位置より媒体と探針が
近付く位置に偏倚できるようにすることが有効である。
そして、本発明のより細部の特徴は、以下の説明によっ
て明らかとなる。
圧の印加により記録媒体と探針との間に流れる電流を検
出しその検出信号によって前記探針の駆動機構を駆動制
御して前記記録媒体と探針との間の距離を制御するよう
にした情報処理装置の探針位置制御方法において、駆動
機構の駆動制御中心位置を設定したオフセット値によっ
て偏倚させて探針の媒体からの引き離しマージンを多く
とることができるようにしたことを特徴とするものであ
り、その際、その偏倚を少なくともその動作範囲の２分
の１の位置以下に媒体と探針が近付く位置に偏倚できる
ようにすることが有効である。そして、本発明において
はそれを少なくとも媒体側からその動作範囲の４５％の
位置より媒体と探針が近付く位置に偏倚できるようにす
ることが、探針のダメージを有効に回避する上で好まし
く、より好ましくはそれを媒体側からその動作範囲の３
０％、さらに好ましくは１５％の位置より媒体と探針が
近付く位置に偏倚できるようにすることが有効である。
そして、本発明のより細部の特徴は、以下の説明によっ
て明らかとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】つぎに、図面に基づいて本発明の
実施の形態を説明する。図１には本発明の基本的構成図
が示されている。探針位置制御機構は、ＸＹ走査ステー
ジ上の記録媒体１０２と探針１０１との間に電圧を印加
するバイアス印加回路１０８と、これにより電圧印加を
行ったときに前記探針に流れるトンネル電流をＩ−Ｖ変
換回路１０５を介して検出する電流検出回路１０６と、
その検出された出力信号を入力するＺ位置制御回路１０
７並びに情報抽出回路１１２と、前記位置制御手段の制
御信号により前記探針を前記記録媒体表面に垂直な方向
に駆動制御する微動機構１０３および粗動機構１０４と
で構成されている。本発明の実施例では、後に説明する
ように粗動機構１０４としては積層型圧電素子、微動機
構１０３として円筒型の圧電素子を用いている。精度は
微動が０．１オングストローム、粗動が１ｎｍ、最大変
位量は微動が５０ｎｍ、粗動が５μｍのものを用いてい
る。バイアス印加回路１０８は上述したようにトンネル
電流検出用のバイアスを印加するほか、入力情報をバイ
アス信号に変えて探針媒体間に印加する。このバイアス
信号はパルス信号などでも良く、例えば記録方式として
は、記録媒体に電気的な加工を施すことにより記録ビッ
トの書き込みを行うものなどがある。
実施の形態を説明する。図１には本発明の基本的構成図
が示されている。探針位置制御機構は、ＸＹ走査ステー
ジ上の記録媒体１０２と探針１０１との間に電圧を印加
するバイアス印加回路１０８と、これにより電圧印加を
行ったときに前記探針に流れるトンネル電流をＩ−Ｖ変
換回路１０５を介して検出する電流検出回路１０６と、
その検出された出力信号を入力するＺ位置制御回路１０
７並びに情報抽出回路１１２と、前記位置制御手段の制
御信号により前記探針を前記記録媒体表面に垂直な方向
に駆動制御する微動機構１０３および粗動機構１０４と
で構成されている。本発明の実施例では、後に説明する
ように粗動機構１０４としては積層型圧電素子、微動機
構１０３として円筒型の圧電素子を用いている。精度は
微動が０．１オングストローム、粗動が１ｎｍ、最大変
位量は微動が５０ｎｍ、粗動が５μｍのものを用いてい
る。バイアス印加回路１０８は上述したようにトンネル
電流検出用のバイアスを印加するほか、入力情報をバイ
アス信号に変えて探針媒体間に印加する。このバイアス
信号はパルス信号などでも良く、例えば記録方式として
は、記録媒体に電気的な加工を施すことにより記録ビッ
トの書き込みを行うものなどがある。
【００１２】このような構成のもとに、探針１０１と記
録媒体１０２の間に所定の電圧をバイアス印加回路１０
８によって印加し、探針１０１と媒体１０２との間にト
ンネル電流を発生させ、このトンネル電流をＩ−Ｖ変換
回路１０５を通して電圧信号に変換した後、電流検出回
路１０６が電流値として測定する。その値はＺ位置制御
回路１０７と情報抽出回路１１２に送られる。そして情
報抽出回路１１２ではその電流値とＸＹ走査ステージ１
０９の位置制御を行うＸＹ方向走査制御回路１１１の出
力するステージ位置情報から、音響データや画像データ
等をデジタル信号あるいはアナログ信号として抽出され
る。Ｚ位置制御回路１０７は検出電流値から探針１０１
と媒体１０２の距離をＰＩＤ等の制御方式によりフィー
ドバック制御しているが、その際、本発明においては粗
動機構１０４と微動機構１０３とが連係制御を行うよう
構成されており、また微動機構の駆動制御中心位置を偏
倚させて探針の媒体からの引き離しマージンを可能な限
り多くとることができるように構成されている。そして
それは、本発明においては例えばオフセット生成手段の
出力するオフセット信号によって設定されるように構成
されている。
録媒体１０２の間に所定の電圧をバイアス印加回路１０
８によって印加し、探針１０１と媒体１０２との間にト
ンネル電流を発生させ、このトンネル電流をＩ−Ｖ変換
回路１０５を通して電圧信号に変換した後、電流検出回
路１０６が電流値として測定する。その値はＺ位置制御
回路１０７と情報抽出回路１１２に送られる。そして情
報抽出回路１１２ではその電流値とＸＹ走査ステージ１
０９の位置制御を行うＸＹ方向走査制御回路１１１の出
力するステージ位置情報から、音響データや画像データ
等をデジタル信号あるいはアナログ信号として抽出され
る。Ｚ位置制御回路１０７は検出電流値から探針１０１
と媒体１０２の距離をＰＩＤ等の制御方式によりフィー
ドバック制御しているが、その際、本発明においては粗
動機構１０４と微動機構１０３とが連係制御を行うよう
構成されており、また微動機構の駆動制御中心位置を偏
倚させて探針の媒体からの引き離しマージンを可能な限
り多くとることができるように構成されている。そして
それは、本発明においては例えばオフセット生成手段の
出力するオフセット信号によって設定されるように構成
されている。
【００１３】
【実施例】以下、その詳細を実施例で具体的に説明す
る。 ［実施例１］図２は実施例１におけるＺ位置制御回路１
０７の動作の詳細を示したブロック図である。本実施例
に於ては、記録媒体として特開昭６３−１６１５５２号
公報及び特開昭６３−１６１５５３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ＳＯＡＺ−
ラングミュアープロジェット（ＬＢ）膜（２層膜）を試
料として用いた。Ａｕ電極には抵抗加熱によるＡｕの蒸
着膜を用いている。この媒体に対し、探針１０１を用い
て波高値−６Ｖおよび＋１．５Ｖの連続したパルス電圧
を重畳したバイアスを試料・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。デジタルデータをビッ
ト情報として記録した。
る。 ［実施例１］図２は実施例１におけるＺ位置制御回路１
０７の動作の詳細を示したブロック図である。本実施例
に於ては、記録媒体として特開昭６３−１６１５５２号
公報及び特開昭６３−１６１５５３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ＳＯＡＺ−
ラングミュアープロジェット（ＬＢ）膜（２層膜）を試
料として用いた。Ａｕ電極には抵抗加熱によるＡｕの蒸
着膜を用いている。この媒体に対し、探針１０１を用い
て波高値−６Ｖおよび＋１．５Ｖの連続したパルス電圧
を重畳したバイアスを試料・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。デジタルデータをビッ
ト情報として記録した。
【００１４】記録媒体１０２から探針１０１を通って流
れたトンネル電流値はＪｔ信号として右側からエラー信
号生成部２０４に入る。エラー信号生成部では所定の参
照電流値と検出電流値との差信号を生成し、参照電流値
で設定される探針・記録媒体間距離からどの程度ずれて
いるかを算出してその信号を出力する。出力されたこの
エラー信号は微動制御出力生成部２０２に入力され、そ
の信号の大きさに応じた微動機構１０３の制御量がＰＩ
Ｄ制御にもとづいて算出され出力される。出力された制
御量はＬＰＦを通してその低周波成分（媒体うねり、傾
き、圧電体のクリープ等によるもの）が抽出され粗動制
御出力生成部２０１に入力され、その値に応じて粗動機
構１０４を駆動するようになっている。また一方、微動
制御出力生成部２０２から出力された制御量は、本発明
に於ては特徴的であるオフセット生成部２０３によって
生成されたオフセット値と加算機２０６で加算され、ア
ンプ２０７を通して微動機構１０３を駆動する。ここで
オフセット生成部２０３によって生成されたオフセット
値は外部からユーザが与えるオフセット調整信号によっ
て調整される。また、アンプ２０７はそれぞれのアクチ
ュエータの制限電圧で出力が制限されるように作られて
いる。具体的には本実施例では微動機構１０３駆動用の
アンプは±５０Ｖ、粗動機構１０４駆動用は０〜１００
Ｖに固定してあり、その範囲外の電圧をアクチュエータ
に印加し、アクチュエータの破壊を避けるようにしてあ
る。したがって、オフセット値がどんな値でも微動機構
１０３には±５０Ｖの範囲の電圧のみが印加される。
れたトンネル電流値はＪｔ信号として右側からエラー信
号生成部２０４に入る。エラー信号生成部では所定の参
照電流値と検出電流値との差信号を生成し、参照電流値
で設定される探針・記録媒体間距離からどの程度ずれて
いるかを算出してその信号を出力する。出力されたこの
エラー信号は微動制御出力生成部２０２に入力され、そ
の信号の大きさに応じた微動機構１０３の制御量がＰＩ
Ｄ制御にもとづいて算出され出力される。出力された制
御量はＬＰＦを通してその低周波成分（媒体うねり、傾
き、圧電体のクリープ等によるもの）が抽出され粗動制
御出力生成部２０１に入力され、その値に応じて粗動機
構１０４を駆動するようになっている。また一方、微動
制御出力生成部２０２から出力された制御量は、本発明
に於ては特徴的であるオフセット生成部２０３によって
生成されたオフセット値と加算機２０６で加算され、ア
ンプ２０７を通して微動機構１０３を駆動する。ここで
オフセット生成部２０３によって生成されたオフセット
値は外部からユーザが与えるオフセット調整信号によっ
て調整される。また、アンプ２０７はそれぞれのアクチ
ュエータの制限電圧で出力が制限されるように作られて
いる。具体的には本実施例では微動機構１０３駆動用の
アンプは±５０Ｖ、粗動機構１０４駆動用は０〜１００
Ｖに固定してあり、その範囲外の電圧をアクチュエータ
に印加し、アクチュエータの破壊を避けるようにしてあ
る。したがって、オフセット値がどんな値でも微動機構
１０３には±５０Ｖの範囲の電圧のみが印加される。
【００１５】ここでオフセットを加えることの意味は、
微動機構の駆動中心をずらすためであり、すなわち、オ
フセットを加えることによってその駆動中心を偏倚させ
ることが可能になる。すなわち、ここでは粗動機構でＤ
Ｃ成分の変位を分担させていることから、微動機構はＡ
Ｃ成分のみを分担することとなり、そのＡＣ成分の駆動
中心を媒体に接近させる位置に持ってくる。つまり、オ
フセットが０の場合は駆動中心は駆動電圧範囲±５０Ｖ
のちょうど真ん中である０Ｖとなるが、その位置よりも
さらに媒体に近い側に駆動位置を持ってくることによっ
て、探針の待避の場合のマージンを稼ぐことができる。
微動機構の駆動中心をずらすためであり、すなわち、オ
フセットを加えることによってその駆動中心を偏倚させ
ることが可能になる。すなわち、ここでは粗動機構でＤ
Ｃ成分の変位を分担させていることから、微動機構はＡ
Ｃ成分のみを分担することとなり、そのＡＣ成分の駆動
中心を媒体に接近させる位置に持ってくる。つまり、オ
フセットが０の場合は駆動中心は駆動電圧範囲±５０Ｖ
のちょうど真ん中である０Ｖとなるが、その位置よりも
さらに媒体に近い側に駆動位置を持ってくることによっ
て、探針の待避の場合のマージンを稼ぐことができる。
【００１６】本実施例では微動機構として円筒型の圧電
素子を用いており可動範囲は５０ｎｍである。本実施例
では、全体の駆動範囲の６０％を媒体と反対方向、残り
４０％を媒体方向に取ったもの、全体の駆動範囲の７０
％を媒体と反対方向、残り３０％を媒体方向に取ったも
の、全体の駆動範囲の９０％を媒体と反対方向、残り１
０％を媒体方向に取ったもの、そしてさらに全体の駆動
範囲の３０％を媒体と反対方向、残り７０％を媒体方向
に取ったもの、の４通りについてオフセットを設定し、
試験を行った。結果を以下の表１に示す。◎は全く探針
先端のダメージが観察されなかったもの、○は記録再生
にはほとんど問題はないが多少探針先端のダメージが観
察されたもの、△はダメージにより検出信号の劣化が起
こり再生データに影響を与えたもの、×は探針ダメージ
により再生途中で再生不能となってしまったものであ
る。
素子を用いており可動範囲は５０ｎｍである。本実施例
では、全体の駆動範囲の６０％を媒体と反対方向、残り
４０％を媒体方向に取ったもの、全体の駆動範囲の７０
％を媒体と反対方向、残り３０％を媒体方向に取ったも
の、全体の駆動範囲の９０％を媒体と反対方向、残り１
０％を媒体方向に取ったもの、そしてさらに全体の駆動
範囲の３０％を媒体と反対方向、残り７０％を媒体方向
に取ったもの、の４通りについてオフセットを設定し、
試験を行った。結果を以下の表１に示す。◎は全く探針
先端のダメージが観察されなかったもの、○は記録再生
にはほとんど問題はないが多少探針先端のダメージが観
察されたもの、△はダメージにより検出信号の劣化が起
こり再生データに影響を与えたもの、×は探針ダメージ
により再生途中で再生不能となってしまったものであ
る。
【００１７】
【表１】 これらの結果より媒体側４５％以下の場合には衝突によ
る探針のダメージを有効に回避することに成功した。記
録再生については以上の結果より媒体側５０％以下の場
合について、ある程度の効果が得られているが、好まし
くは３０％以下にすることで、誤り訂正のためのビット
を少なくし、情報記録密度を向上させることができる。
また、さらに１５％に設定することで、探針のダメージ
が観察されないことから、再生情報の信頼性向上のみな
らず、プローブ寿命の向上も図れた。なお、本実施例で
は記録媒体基板としてＡｕの抵抗加熱による蒸着膜を用
いた場合に上記のような結果が得られたが、もっと異な
った基板を用いた場合にはオフセット値の調整が必要で
ある。たとえばＡｕをエピタキシャル成長させた基板の
ような場合には結晶のドメイン間のバンダリは存在する
が、一つのドメイン内での表面荒さは僅かに数オングス
トローム（原子ステップレベルの大きさ）であるために
オフセット値を上述のように１０％と９０％になるよう
に決める必要はなく５％と９５％に設定することで更に
効果が上がるものと考えられる。また、本実施例で用い
た蒸着Ａｕよりも表面凹凸が大きいようなものの場合に
は３０％と７０％にする等の基板にあわせた調整をすれ
ばよい。いずれも探針の位置制御の中心を媒体に近い側
に持っていくために、使用している媒体の表面性にあわ
せたいくらかのオフセットをかけることによって、探針
の待避の距離を稼ぐことができる。
る探針のダメージを有効に回避することに成功した。記
録再生については以上の結果より媒体側５０％以下の場
合について、ある程度の効果が得られているが、好まし
くは３０％以下にすることで、誤り訂正のためのビット
を少なくし、情報記録密度を向上させることができる。
また、さらに１５％に設定することで、探針のダメージ
が観察されないことから、再生情報の信頼性向上のみな
らず、プローブ寿命の向上も図れた。なお、本実施例で
は記録媒体基板としてＡｕの抵抗加熱による蒸着膜を用
いた場合に上記のような結果が得られたが、もっと異な
った基板を用いた場合にはオフセット値の調整が必要で
ある。たとえばＡｕをエピタキシャル成長させた基板の
ような場合には結晶のドメイン間のバンダリは存在する
が、一つのドメイン内での表面荒さは僅かに数オングス
トローム（原子ステップレベルの大きさ）であるために
オフセット値を上述のように１０％と９０％になるよう
に決める必要はなく５％と９５％に設定することで更に
効果が上がるものと考えられる。また、本実施例で用い
た蒸着Ａｕよりも表面凹凸が大きいようなものの場合に
は３０％と７０％にする等の基板にあわせた調整をすれ
ばよい。いずれも探針の位置制御の中心を媒体に近い側
に持っていくために、使用している媒体の表面性にあわ
せたいくらかのオフセットをかけることによって、探針
の待避の距離を稼ぐことができる。
【００１８】［実施例２］図３に本発明の実施例２の概
略図が示されている。オフセットを加算するという基本
的な構成は実施例１に示したものと全く変わりはない
が、オフセットの調整の自動化を行っていることに特徴
がある。以下にそのＺ位置制御回路１０７の動作を説明
する。探針１０１と記録媒体１０２との間に流れたトン
ネル電流Ｊｔが図３の左から入力されている。入力され
たトンネル電流信号Ｊｔによってエラー信号生成部３０
４は所定の参照電流値との差信号を生成し、参照電流値
で設定される探針・記録媒体間距離からどの程度ずれて
いるかを算出してその信号を出力する。そのずれ量であ
るエラー信号が微動制御出力生成部３０２に入力され、
実際の制御量に変換される。このときに本実施例ではＰ
ＩＤ制御が用いられている。
略図が示されている。オフセットを加算するという基本
的な構成は実施例１に示したものと全く変わりはない
が、オフセットの調整の自動化を行っていることに特徴
がある。以下にそのＺ位置制御回路１０７の動作を説明
する。探針１０１と記録媒体１０２との間に流れたトン
ネル電流Ｊｔが図３の左から入力されている。入力され
たトンネル電流信号Ｊｔによってエラー信号生成部３０
４は所定の参照電流値との差信号を生成し、参照電流値
で設定される探針・記録媒体間距離からどの程度ずれて
いるかを算出してその信号を出力する。そのずれ量であ
るエラー信号が微動制御出力生成部３０２に入力され、
実際の制御量に変換される。このときに本実施例ではＰ
ＩＤ制御が用いられている。
【００１９】つぎに、この制御量信号は３方向に送られ
る。まずＬＰＦ３０６を通ってコンパレータ３０９によ
って設定値と比較される。比較の結果によって粗動制御
出力生成部３０１に信号が送られ、粗動制御出力生成部
３０１が粗動機構１０４をＬＰＦ３１０、アンプ３０８
を通して駆動する。ＬＰＦ３１０は粗動制御出力生成部
によって出力された駆動信号のステップ状の変化を所定
の時定数でゆっくり変化するようにするためのものであ
る。そして、微動制御出力生成部３０２によって出力さ
れた制御信号はまたＨＰＦ３０５を通ってＡＣ成分のみ
に変換されてからオフセット生成部３０３に入力され
る。オフセット生成部３０３ではそのＡＣ成分の大きさ
からオフセット値を決定して出力する。本実施例におけ
る設定値は測定されたＡＣ成分の変位幅に粗動機構１０
４の最小分解能（０．５ｎｍ）を加えたものに自動的に
設定されるようにしてある。出力されたオフセット値は
実施例１と同様に微動制御出力生成部３０２によって生
成された制御量と加算機３０７により加算され、アンプ
３０８を通して微動機構１０３に駆動信号として印加さ
れる。なお、アンプ３０８は実施例１と全く同様な機構
を有するものを用いた。
る。まずＬＰＦ３０６を通ってコンパレータ３０９によ
って設定値と比較される。比較の結果によって粗動制御
出力生成部３０１に信号が送られ、粗動制御出力生成部
３０１が粗動機構１０４をＬＰＦ３１０、アンプ３０８
を通して駆動する。ＬＰＦ３１０は粗動制御出力生成部
によって出力された駆動信号のステップ状の変化を所定
の時定数でゆっくり変化するようにするためのものであ
る。そして、微動制御出力生成部３０２によって出力さ
れた制御信号はまたＨＰＦ３０５を通ってＡＣ成分のみ
に変換されてからオフセット生成部３０３に入力され
る。オフセット生成部３０３ではそのＡＣ成分の大きさ
からオフセット値を決定して出力する。本実施例におけ
る設定値は測定されたＡＣ成分の変位幅に粗動機構１０
４の最小分解能（０．５ｎｍ）を加えたものに自動的に
設定されるようにしてある。出力されたオフセット値は
実施例１と同様に微動制御出力生成部３０２によって生
成された制御量と加算機３０７により加算され、アンプ
３０８を通して微動機構１０３に駆動信号として印加さ
れる。なお、アンプ３０８は実施例１と全く同様な機構
を有するものを用いた。
【００２０】つぎに、図４および図５を用いて実施例２
の粗動機構と微動機構の連係動作を説明する。図４は、
ある時刻を基準（０）として０からｔ１までは媒体の傾
きなどにより探針・媒体間距離が徐々に小さくなってい
った場合、ｔ１からｔ２までは徐々に大きくなっていっ
た場合の微動機構の駆動量、粗動機構の駆動量、電流値
などの関係を示したものである。ｃはオフセット生成部
によって設定されたオフセット値である。ｂｃ、ｄｃ間
は粗動機構の１ステップ（０．５ｎｍ）になっており、
ｅｆ間と同じ距離である。またａｂ間は微動機構の駆動
量の高周波成分の変位幅である。微動機構の駆動量が徐
々に小さくなり、その低周波成分がｄを下回るようにな
った瞬間にコンパレータ３０９から粗動制御出力生成部
３０１に駆動量を１ステツプ下げるように信号が出力さ
れ、粗動機構１０４の変位が１ステップ小さくなる。こ
のステップ動作はＬＰＦによって微動機構の動作速度に
比べて十分ゆっくりとなるので電流の変化は観測されな
い。上記と全く逆にｔ１からｔ２までの場合、微動機構
の変位量は徐々に大きくなり、低周波成分がｂを上回る
ようになったときコンパレータ３０９から粗動制御出力
生成部３０１に制御量を１ステップ上げるように信号が
出力される。その結果、粗動機構の変位量は１ステップ
大きくなり、それに微動機構も合わせる形で制御され
る。この場合も電流の変化は観測されない。
の粗動機構と微動機構の連係動作を説明する。図４は、
ある時刻を基準（０）として０からｔ１までは媒体の傾
きなどにより探針・媒体間距離が徐々に小さくなってい
った場合、ｔ１からｔ２までは徐々に大きくなっていっ
た場合の微動機構の駆動量、粗動機構の駆動量、電流値
などの関係を示したものである。ｃはオフセット生成部
によって設定されたオフセット値である。ｂｃ、ｄｃ間
は粗動機構の１ステップ（０．５ｎｍ）になっており、
ｅｆ間と同じ距離である。またａｂ間は微動機構の駆動
量の高周波成分の変位幅である。微動機構の駆動量が徐
々に小さくなり、その低周波成分がｄを下回るようにな
った瞬間にコンパレータ３０９から粗動制御出力生成部
３０１に駆動量を１ステツプ下げるように信号が出力さ
れ、粗動機構１０４の変位が１ステップ小さくなる。こ
のステップ動作はＬＰＦによって微動機構の動作速度に
比べて十分ゆっくりとなるので電流の変化は観測されな
い。上記と全く逆にｔ１からｔ２までの場合、微動機構
の変位量は徐々に大きくなり、低周波成分がｂを上回る
ようになったときコンパレータ３０９から粗動制御出力
生成部３０１に制御量を１ステップ上げるように信号が
出力される。その結果、粗動機構の変位量は１ステップ
大きくなり、それに微動機構も合わせる形で制御され
る。この場合も電流の変化は観測されない。
【００２１】さらに、大きな構造変化があった場合につ
いて図５を用いて説明する。大きな登りの段差がｔ１で
現れた場合、まず微動機構１０３がすばやく探針を引き
上げる。この場合僅かにスパイク状に電流が流れるが、
探針の媒体への衝突などは生じていない。微動制御出力
の低周波成分はその後やや遅れて変化するがｄを下回る
ため粗動機構の変位が起こるが、この場合は低周波成分
の変化量がｃｄの距離の丁度２倍であったためコンパレ
ータは２ステップ粗動機構を駆動するように指令する。
その結果図５のｅｆは図４のｅｆの２倍量となった。こ
れによって再び微動機構のＡＣ駆動中心はｃの位置付近
に戻ってくる。つぎに、に大きな下りの段差があった場
合はｔ２に示した。この場合微動機構の駆動量はａ以上
にはならないのでａで飽和してしまうが、微動制御出力
生成部３０２はずれ量をそのまま算出して出力している
ので微動制御出力の低周波成分もａで飽和することなく
コンパレータに入力される。コンパレータはその変位量
が２ステップ分であると判断し粗動制御出力生成部３０
１に粗動機構を２ステップ変位させるように指示する。
これによって粗動機構の駆動量は図５に示したようにｅ
ｆ分変位することになる。しかしながらこの場合に微動
機構の駆動量はａの位置で飽和してしまっていたために
探針・媒体間距離を保持する事ができず、したがって電
流値はこの位置で急激に減少している。このような電流
値の減少はＳＴＭにおける表面観察では問題であるが、
メモリシステムにおいてはあらかじめ書き込み時にこの
ような場所を避けたり、または誤り訂正を行う等するこ
とによって十分使用可能である。上記に述べたメモリシ
ステムを用いて記録再生試験を行ったところ実施例１と
同様に探針の耐久性が従来の場合よりも数倍向上した。
いて図５を用いて説明する。大きな登りの段差がｔ１で
現れた場合、まず微動機構１０３がすばやく探針を引き
上げる。この場合僅かにスパイク状に電流が流れるが、
探針の媒体への衝突などは生じていない。微動制御出力
の低周波成分はその後やや遅れて変化するがｄを下回る
ため粗動機構の変位が起こるが、この場合は低周波成分
の変化量がｃｄの距離の丁度２倍であったためコンパレ
ータは２ステップ粗動機構を駆動するように指令する。
その結果図５のｅｆは図４のｅｆの２倍量となった。こ
れによって再び微動機構のＡＣ駆動中心はｃの位置付近
に戻ってくる。つぎに、に大きな下りの段差があった場
合はｔ２に示した。この場合微動機構の駆動量はａ以上
にはならないのでａで飽和してしまうが、微動制御出力
生成部３０２はずれ量をそのまま算出して出力している
ので微動制御出力の低周波成分もａで飽和することなく
コンパレータに入力される。コンパレータはその変位量
が２ステップ分であると判断し粗動制御出力生成部３０
１に粗動機構を２ステップ変位させるように指示する。
これによって粗動機構の駆動量は図５に示したようにｅ
ｆ分変位することになる。しかしながらこの場合に微動
機構の駆動量はａの位置で飽和してしまっていたために
探針・媒体間距離を保持する事ができず、したがって電
流値はこの位置で急激に減少している。このような電流
値の減少はＳＴＭにおける表面観察では問題であるが、
メモリシステムにおいてはあらかじめ書き込み時にこの
ような場所を避けたり、または誤り訂正を行う等するこ
とによって十分使用可能である。上記に述べたメモリシ
ステムを用いて記録再生試験を行ったところ実施例１と
同様に探針の耐久性が従来の場合よりも数倍向上した。
【００２２】［実施例３］次に微動機構として静電駆動
型トーションレバーを用いた実施例３を示す。図６は図
１の回路に微動機構として静電駆動型トーションレバー
を用いた場合の構成図である。図示されていない部分は
図１と同様である。探針６０１はレバー６０２上に配置
され、レバーはトーションバー６０３によって支持され
ている。レバーは、Ｚ位置制御回路６０７によってレバ
ー上の駆動電極６０４と支持基盤上の駆動電極６０５間
にバイアスを印加することによって両者の間に静電引力
を起こし、それによって変位する。６０６は記録媒体側
の電極、６０８は読み出し用あるいは書き込み用のバイ
アスを探針６０１、媒体基板６０６の間に印加するため
のバイアス印加回路である。実際に半導体プロセスによ
り作成したプローブの断面図及び平面図の概形を図７に
示す。図７（ａ）はレバーを支持基盤面と平行に見たも
の、図７（ｂ）は支持基盤面に向かって見たものであ
る。７０１から７０５までは図６の６０１から６０５ま
でに相当しており、７０１は探針、７０２はレバー、７
０３はトーションバー、７０４および７０５は駆動電極
である。７０６は支持基盤、７０７は電流検出用配線、
７０８は支持基盤側駆動電極への駆動電圧印加用配線、
７０９はレバー側駆動電極への駆動電圧印加用配線を示
す。レバー側駆動電極への駆動電圧印加用配線７０９は
レバーの裏から出て（点線）表へ回っている（実線）。
図６に示した一般的なトーションタイプのレバーは、電
極間の引力とトーションバーのねじれの復元力によって
駆動する。レバーが何の力も受けていない点（以降中立
点と呼ぶ）に戻る時はトーションバーの復元力のみによ
って戻る。そのために中立点からの変位量が大きいほ
ど、大きな力で速く中立点に戻ることができる。この戻
り時間はレバーの共振周波数によるが、レバーの戻るス
ピードはあらかじめ変位していた量が大きいほど大きい
ことになる。これを利用して大きな凸状の構造物が媒体
基板上にあったときに、プローブを待避させるために用
いた。図６に示すように微動機構として静電駆動のトー
ション型レバーを用いた。粗動機構は図示されていな
い。そのほかの構成は実施例２と同様にオフセット自動
調整の系を用いた。上記のメモリシステムを用いて記録
再生試験を行ったところ実施例２と同様に探針の耐久性
が従来の場合よりも数倍向上した。
型トーションレバーを用いた実施例３を示す。図６は図
１の回路に微動機構として静電駆動型トーションレバー
を用いた場合の構成図である。図示されていない部分は
図１と同様である。探針６０１はレバー６０２上に配置
され、レバーはトーションバー６０３によって支持され
ている。レバーは、Ｚ位置制御回路６０７によってレバ
ー上の駆動電極６０４と支持基盤上の駆動電極６０５間
にバイアスを印加することによって両者の間に静電引力
を起こし、それによって変位する。６０６は記録媒体側
の電極、６０８は読み出し用あるいは書き込み用のバイ
アスを探針６０１、媒体基板６０６の間に印加するため
のバイアス印加回路である。実際に半導体プロセスによ
り作成したプローブの断面図及び平面図の概形を図７に
示す。図７（ａ）はレバーを支持基盤面と平行に見たも
の、図７（ｂ）は支持基盤面に向かって見たものであ
る。７０１から７０５までは図６の６０１から６０５ま
でに相当しており、７０１は探針、７０２はレバー、７
０３はトーションバー、７０４および７０５は駆動電極
である。７０６は支持基盤、７０７は電流検出用配線、
７０８は支持基盤側駆動電極への駆動電圧印加用配線、
７０９はレバー側駆動電極への駆動電圧印加用配線を示
す。レバー側駆動電極への駆動電圧印加用配線７０９は
レバーの裏から出て（点線）表へ回っている（実線）。
図６に示した一般的なトーションタイプのレバーは、電
極間の引力とトーションバーのねじれの復元力によって
駆動する。レバーが何の力も受けていない点（以降中立
点と呼ぶ）に戻る時はトーションバーの復元力のみによ
って戻る。そのために中立点からの変位量が大きいほ
ど、大きな力で速く中立点に戻ることができる。この戻
り時間はレバーの共振周波数によるが、レバーの戻るス
ピードはあらかじめ変位していた量が大きいほど大きい
ことになる。これを利用して大きな凸状の構造物が媒体
基板上にあったときに、プローブを待避させるために用
いた。図６に示すように微動機構として静電駆動のトー
ション型レバーを用いた。粗動機構は図示されていな
い。そのほかの構成は実施例２と同様にオフセット自動
調整の系を用いた。上記のメモリシステムを用いて記録
再生試験を行ったところ実施例２と同様に探針の耐久性
が従来の場合よりも数倍向上した。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、以上のように駆動機構の駆動
制御中心を偏倚させ、探針の媒体からの引き離しマージ
ンを、必要に応じて可能な限り多くとることができるよ
うに構成されているため、探針と媒体間の衝突が回避で
き、探針先端の変形を抑えて探針先端の清浄性を従来に
比して格段に長く持続させることが可能となる。また、
それに伴って探針交換の手間が軽減され、探針そのもの
の消費も少なくなるため、メモリシステムのランニング
コストが大幅に軽減される。さらに、本発明では微動機
構と粗動機構の両方が連係できるよう構成されているか
ら、基板電極の状態が超平滑でない結晶グレインのバン
ダリなどによる数ｎｍの大きさの溝や、グレイン間の結
晶高さのばらつき等に対しても十分対応することが可能
となる。また、本発明の系を静電駆動型トーションレバ
ーのプローブに対して用いると、あらかじめオフセット
の変位を与えておき、レバー制御を行うことで、大きな
復元力を得ることができるので、レバー待避のスピード
が大きくなり、上述の溝や結晶グレイン間の結晶高さの
ばらつきに対してのプローブ待避動作を高速に行なうこ
とができる。また、局所的な表面凹凸を測定し、あらか
じめ与えるオフセット量を調節することで、様々な基板
に対して容易に適用することができる。
制御中心を偏倚させ、探針の媒体からの引き離しマージ
ンを、必要に応じて可能な限り多くとることができるよ
うに構成されているため、探針と媒体間の衝突が回避で
き、探針先端の変形を抑えて探針先端の清浄性を従来に
比して格段に長く持続させることが可能となる。また、
それに伴って探針交換の手間が軽減され、探針そのもの
の消費も少なくなるため、メモリシステムのランニング
コストが大幅に軽減される。さらに、本発明では微動機
構と粗動機構の両方が連係できるよう構成されているか
ら、基板電極の状態が超平滑でない結晶グレインのバン
ダリなどによる数ｎｍの大きさの溝や、グレイン間の結
晶高さのばらつき等に対しても十分対応することが可能
となる。また、本発明の系を静電駆動型トーションレバ
ーのプローブに対して用いると、あらかじめオフセット
の変位を与えておき、レバー制御を行うことで、大きな
復元力を得ることができるので、レバー待避のスピード
が大きくなり、上述の溝や結晶グレイン間の結晶高さの
ばらつきに対してのプローブ待避動作を高速に行なうこ
とができる。また、局所的な表面凹凸を測定し、あらか
じめ与えるオフセット量を調節することで、様々な基板
に対して容易に適用することができる。
【図１】本実施例におけるメモリシステムの構成の概略
である。
である。
【図２】実施例１におけるＺ位置制御回路の動作を説明
するブロック図である。
するブロック図である。
【図３】実施例２におけるＺ位置制御回路の動作を説明
するブロック図である。
するブロック図である。
【図４】実施例２の粗動機構と微動機構の連係動作を説
明する各信号波形を示したものである。
明する各信号波形を示したものである。
【図５】実施例２において大きな構造があった場合の粗
動・微動構造の連係動作を説明するための各信号波形を
示したものである。
動・微動構造の連係動作を説明するための各信号波形を
示したものである。
【図６】微動機構として静電駆動型トーションレバーを
用いた場合の、本発明の構成の概略ある。
用いた場合の、本発明の構成の概略ある。
【図７】静電駆動型トーションレバーの概形である。
１０１ 探針 １０２ 記録媒体 １０３ 微動機構 １０４ 粗動機構 １０５ Ｉ−Ｖ変換回路 １０６ 電流検出回路 １０７ Ｚ位置制御回路 １０８ バイアス印加回路 １０９ ＸＹ走査ステージ １１０ アンプ １１１ ＸＹ方向走査制御回路 １１２ 情報抽出回路 ２０１ 粗動制御出力生成部 ２０２ ３０２ 微動制御出力生成部 ２０３ ３０３ オフセット生成部 ２０４ ３０４ エラー信号生成部 ２０５ ＬＰＦ ３０５ ＨＰＦ ３０６ ＬＰＦ ６０１ 探針 ６０２ レバー ６０３ トーションバー ６０４ 駆動電極 ６０５ 駆動電極 ６０６ 記録媒体側の電極 ６０７ Ｚ位置制御回路 ６０８ バイアス印加回路 ７０１ 探針 ７０２ レバー ７０３ トーションバー ７０４ 駆動電極 ７０５ 駆動電極 ７０６ 支持基盤 ７０７ 電流検出用配線 ７０８ 駆動電圧印加用配線 ７０９ 駆動電圧印加用配線
Claims (22)
- 【請求項１】電圧の印加により記録媒体と探針との間に
流れる電流を検出し、その検出信号によって前記探針の
駆動機構を駆動制御して前記記録媒体と探針との間の距
離を制御するようにした情報処理装置の探針位置制御機
構において、前記駆動機構の駆動制御中心位置をオフセ
ット生成手段のオフセット信号によって偏倚できるよう
に構成したことを特徴とする情報処理装置の探針位置制
御機構。 - 【請求項２】前記駆動機構は、前記検出信号によって前
記探針を前記記録媒体方向に変位させる２つの駆動機構
により構成されていることを特徴とする請求項１に記載
の情報処理装置の探針位置制御機構。 - 【請求項３】前記２つの駆動機構は、相互に連係するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項２に記載の
情報処理装置の探針位置制御機構。 - 【請求項４】前記２つの駆動機構は、その一方は分解能
の高い微動手段であり他方が分解能の低い粗動手段であ
ることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の情
報処理装置の探針位置制御機構。 - 【請求項５】前記微動手段は、その駆動制御中心位置が
オフセット生成手段のオフセット信号によって、少なく
ともその動作範囲の２分の１の位置以上、媒体と探針が
近付く位置に偏倚できるように構成されていることを特
徴とする請求項４に記載の情報処理装置の探針位置制御
機構。 - 【請求項６】前記オフセット生成手段は、そのオフセッ
ト値が一定となるように構成されていることを特徴とす
る請求項５に記載の情報処理装置の探針位置制御機構。 - 【請求項７】前記オフセット生成手段は、そのオフセッ
ト値が電流検出手段の出力信号から算出されるように構
成されていることを特徴とする請求項５に記載の情報処
理装置の探針位置制御機構。 - 【請求項８】前記探針に流れる電流が、トンネル電流で
あることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置の
探針位置制御機構。 - 【請求項９】 前記微動手段が、静電駆動型トーション
レバーであることを特徴とする請求項５に記載の情報処
理装置の探針位置制御機構。 - 【請求項１０】 電圧の印加により記録媒体と探針との
間に流れる電流を検出しその検出信号によって前記探針
の駆動機構を駆動制御して前記記録媒体と探針との間の
距離を制御するようにした情報処理装置の探針位置制御
方法において、駆動機構の駆動制御中心位置を設定した
オフセット値によって偏倚させて探針の媒体からの引き
離しマージンを多くとることができるようにした情報処
理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１１】 分解能の高い微動手段と分解能の低い
粗動手段の２つの駆動機構を用いて、前記検出信号によ
って前記探針を前記記録媒体方向に変位させることを特
徴とする請求項１０に記載の情報処理装置の探針位置制
御方法。 - 【請求項１２】 前記２つの駆動機構が、相互に連係す
るように制御されることを特徴とする請求項１１に記載
の情報処理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１３】 前記微動手段の駆動制御中心位置が請
求項１０に記載のオフセット生成方法により生成された
オフセット値を用いて、少なくともその動作範囲の２分
の１の位置以下に媒体と探針が近付く位置に偏倚できる
ようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の情報処
理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１４】 前記微動手段の駆動制御中心位置が請
求項１０に記載のオフセット生成方法により生成された
オフセット値を用いて、少なくとも媒体側からその動作
範囲の４５％の位置より媒体と探針が近付く位置に偏倚
できるようにしたことを特徴とする請求項１３に記載の
情報処理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１５】 前記微動手段の駆動制御中心位置が請
求項１０に記載のオフセット生成方法により生成された
オフセット値を用いて、少なくとも媒体側からその動作
範囲の３０％の位置より媒体と探針が近付く位置に偏倚
できるようにしたことを特徴とする請求項１３に記載の
情報処理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１６】 前記微動手段の駆動制御中心位置が請
求項１０に記載のオフセット生成方法により生成された
オフセット値を用いて、少なくとも媒体側からその動作
範囲の１５％の位置より媒体と探針が近付く位置に偏倚
できるようにしたことを特徴とする請求項１３に記載の
情報処理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１７】 前記オフセット値が一定となるように
設定することを特徴とする請求項１０に記載の情報処理
装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１８】 前記オフセット値が電流検出手段の出
力信号から算出されることを特徴とする請求項１０に記
載の情報処理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項１９】 前記探針に流れる電流が、トンネル電
流であることを特徴とする請求項１０に記載の情報処理
装置の探針位置制御方法。 - 【請求項２０】 前記微動手段が、静電駆動型トーショ
ンレバーであることを特徴とする請求項１７または請求
項１８に記載の情報処理装置の探針位置制御方法。 - 【請求項２１】 請求項１に記載の探針位置制御機構を
有する情報処理装置。 - 【請求項２２】 請求項１０に記載の探針位置制御方法
を用いた情報処理装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21950295A JP3599440B2 (ja) | 1994-12-05 | 1995-08-04 | 情報処理装置の探針位置制御機構および探針位置制御方法、情報処理装置 |
| US08/565,897 US5978326A (en) | 1994-12-05 | 1995-12-01 | Information processing apparatus using an offset signal to control the position of a probe |
| DE69521591T DE69521591T2 (de) | 1994-12-05 | 1995-12-05 | Mit Sonden-Positionssteuerungsmechanismus versehenes Informationsverarbeitungsgerät |
| EP95119132A EP0716417B1 (en) | 1994-12-05 | 1995-12-05 | Information processing apparatus provided with mechanism for controlling position of probe |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32989194 | 1994-12-05 | ||
| JP6-329891 | 1994-12-05 | ||
| JP21950295A JP3599440B2 (ja) | 1994-12-05 | 1995-08-04 | 情報処理装置の探針位置制御機構および探針位置制御方法、情報処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08212605A true JPH08212605A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3599440B2 JP3599440B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=26523165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21950295A Expired - Fee Related JP3599440B2 (ja) | 1994-12-05 | 1995-08-04 | 情報処理装置の探針位置制御機構および探針位置制御方法、情報処理装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5978326A (ja) |
| EP (1) | EP0716417B1 (ja) |
| JP (1) | JP3599440B2 (ja) |
| DE (1) | DE69521591T2 (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009229249A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Murata Mfg Co Ltd | 駆動ユニット、接触部材の駆動方法、特性検査装置、ワーク供給装置、およびテーピング装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10142240A (ja) * | 1996-11-14 | 1998-05-29 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡とこの走査型プローブ顕微鏡を備えた加工装置 |
| KR100209688B1 (ko) * | 1997-04-12 | 1999-07-15 | 구자홍 | 근접장 광학현상을 이용한 광 저장장치 및이를 이용한 트랙킹 제어방법 |
| DE112007001778A5 (de) * | 2006-07-28 | 2009-04-30 | Jpk Instruments Ag | Vorrichtung und Verfahren für eine sondenmikroskopische Untersuchung einer Probe |
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| US7903533B2 (en) * | 2007-04-23 | 2011-03-08 | Seagate Technology Llc | Probe head with narrow read element |
| CA2761957A1 (en) * | 2009-05-28 | 2010-12-02 | The Research Foundation Of State University Of New York | Metrology probe and method of configuring a metrology probe |
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|---|---|---|---|---|
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| DE3853155T2 (de) * | 1987-10-09 | 1995-06-14 | Hitachi Ltd | Rastertunnelmikroskop mit einer Vorrichtung zum Berichtigen von Oberflächendaten. |
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| JPH0640002B2 (ja) * | 1988-03-15 | 1994-05-25 | 工業技術院長 | 探針位置制御方法 |
| KR100254716B1 (ko) * | 1990-04-05 | 2000-05-01 | 이데이 노부유끼 | 광학식 디스크상의 정보기록 및 재생장치 |
| JP2930447B2 (ja) * | 1991-05-15 | 1999-08-03 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置 |
| JP3029143B2 (ja) * | 1991-06-11 | 2000-04-04 | キヤノン株式会社 | 情報再生方法 |
| DE4219311C2 (de) * | 1991-06-13 | 1996-03-07 | Sony Magnescale Inc | Verschiebungsdetektor |
| EP0523676B1 (en) * | 1991-07-17 | 1999-10-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Information recording/reproducing apparatus for recording and/or reproducing information on information recording carrier by use of a probe electrode. |
| US5432771A (en) * | 1992-05-13 | 1995-07-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Information recording/reproducing apparatus for performing recording/reproduction of information by using probe |
| JP3053142B2 (ja) * | 1992-06-09 | 2000-06-19 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置 |
| JP3073616B2 (ja) * | 1992-12-24 | 2000-08-07 | キヤノン株式会社 | マルチプローブを具備する情報処理装置 |
-
1995
- 1995-08-04 JP JP21950295A patent/JP3599440B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-12-01 US US08/565,897 patent/US5978326A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-05 DE DE69521591T patent/DE69521591T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-05 EP EP95119132A patent/EP0716417B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009229249A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Murata Mfg Co Ltd | 駆動ユニット、接触部材の駆動方法、特性検査装置、ワーク供給装置、およびテーピング装置 |
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