JP2000036138A - 情報処理装置および情報処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、回転走査によって記録媒体表面に対
して情報の記録再生を行なう情報処理装置において、安
定なプローブ走査が行なわれる方向でのみ記録再生を行
なうようにすることによって、情報記録再生におけるエ
ラーレートを劇的に抑えることができる情報処理装置お
よび情報処理方法を提供することを目的としている。 【解決手段】本発明は、支持体に設置されている探針
を、回転走査によって記録媒体表面に対して相対走査
し、その物理的相互作用により情報の記録再生を行なう
情報処理装置または方法において、前記情報の記録再生
における前記記録媒体の不安定なエリアを記録再生しな
いように、前記支持体に設置されている探針の記録媒体
に対する相対走査方向に応じて、前記情報の記録再生の
動作を切り替えるように構成したことを特徴とするもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＴＭの原理を応
用した高密度な記録・再生を行なう情報処理装置および
情報処理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
およびその関連機器、ビデオディスク、デジタルオーデ
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。従
来までは磁性体や半導体を素材としたじき目盛り、半導
体メモリ画趣であったが、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光メモ
リによる安価で高密度な記録媒体も登場してきた。さら
に近年、探針と試料とを接近させ、その時に生じる物理
現象（トンネル現象、原子間力等）を利用して、物質表
面及び表面近傍の電子構造を直接観察できる走査型プロ
ーブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略す）が開発され、単結晶、
非晶質を問わず様々な物理量の実空間像を高い分解能で
測定できるようになっている。

【０００３】また産業分野においては、ＳＰＭの原子あ
るいは分子サイズの高分解能を有する原理に着目し、特
開昭６３−１６１５５２号公報および特開昭６３−１６
１５５３号公報に開示されているように、媒体に記録層
を用いることによる情報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。また、このような記録再生
装置については現在、転送レートの向上が要求されてお
り、そのような点からも検討が行われている。たとえば
走査機構として、ＳＰＭ技術に用いられているラスタ走
査方法を用いてそのまま走査周波数を上げてプローブ走
査の高速化を図ろうとすると、走査機構が持つ共振点で
の共振現象の影響が無視できなくなるという問題が生じ
ていた。すなわち、実際の装置としてＳＰＭや記録再生
装置を構成する場合に、記録媒体とプローブ電極との間
をトンネル電流が流れる距離に維持し、プローブ電極を
記録媒体に対して相対的に移動（走査）する機構が必要
であり、従来からプローブ電極の走査機構として、平行
板ばねと積層ピエゾ素子で構成したステージや、分割電
極を有した円筒型のピエゾ素子などが用いられている。

【０００４】このような従来装置においてデータの記録
再生速度の向上を図るためには、走査周波数の高速化が
要求される。そのため、特にＸＹ方向での２次元走査を
行う場合に走査周波数の高いＸ軸方向（主走査方向）の
往復走査の折り返しで生じる高次の周波数成分が走査機
構やプローブ支持機構の共振を引き起こす場合がある。
この振動は媒体・プローブ間隔や走査変位を変調し、検
出信号強度や記録ビットの位置などを読み誤らせ記録再
生エラーの原因となる。そのため、上記のような問題点
を回避するために、ディスク型の駆動や円走査駆動が行
われている。ディスクタイプはＣＤや磁気ディスクのよ
うに円盤上に媒体を形成してそれを固定軸を中心に回転
するもので、理想的には（軸の振動が無視できる程度な
らば）寄生振動は生じないと考えられる。後者の円走査
型については、ＸＹ方向の走査波形がｓｉｎ波になるた
めに、走査周波数と筐体の機械共振の周波数が重ならな
ければ探針の振動や媒体の寄生振動は抑えられる。ま
た、さらなる転送レート向上に際して行われている技術
としては、プローブのマルチ化である。近年のプロセス
技術の向上によって、シリコン基板上に微小プローブや
その駆動回路を集積化させて一体化させることが可能と
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速安
定走査とプローブのマルチ化を両立させるためには、デ
ィスクタイプより円走査タイプの走査機構の方が有利で
ある。たとえば、ディスクタイプにプローブをマルチ化
させた場合、プローブの配置はディスク中心からディス
ク外周上に向かう線上に一列に並べる必要があり、自由
に２次元にプローブを配置することはできない。したが
って、プローブの本数をある値よりも多くすることは困
難である。一方、円走査においては１本のプローブが円
形の記録エリアを持ち、プローブと記録エリアがセット
でひとつの空間を形成しているため、セットで２次元的
に自由に配置できるメリットがあるが、プローブに従来
のＳＰＭに用いられているカンチレバータイプを用いた
場合、走査方向に応じてレバーの挙動が不安定になると
いう問題点があった。

【０００６】そこで、本発明は、上記した課題を解決
し、回転走査によって記録媒体表面に対して情報の記録
再生を行なう情報処理装置において、安定なプローブ走
査が行なわれる方向でのみ記録再生を行なうようにする
ことによって、情報記録再生におけるエラーレートを劇
的に抑えることができる情報処理装置および情報処理方
法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、情報処理装置および情報処理方法を、つぎ
のように構成したことを特徴とするものである。すなわ
ち、本発明の情報処理装置は、支持体に設置されている
探針を、回転走査によって記録媒体表面に対して相対走
査し、その物理的相互作用により情報の記録再生を行な
う情報処理装置において、前記情報の記録再生における
前記記録媒体の不安定なエリアを記録再生しないよう
に、前記支持体に設置されている探針の記録媒体に対す
る相対走査方向に応じて、前記情報の記録再生の動作を
切・入する機構を有することを特徴としている。また、
本発明の情報処理方法は、支持体に設置されている探針
を、回転走査によって記録媒体表面に対して相対走査
し、その物理的相互作用により情報の記録再生を行なう
情報処理方法において、前記情報の記録再生における前
記記録媒体の不安定なエリアを記録再生しないように、
前記支持体に設置されている探針の記録媒体に対する相
対走査方向に応じて、前記情報の記録再生の動作を切り
替えるようにしたことを特徴としている。そして、これ
らの発明において、前記物理的相互作用が、トンネル電
流であることを特徴としている。また、これらの発明に
おいて、前記探針の設置されている該支持体が、片持ち
梁構造をしていることを特徴としている。また、これら
の発明において、前記情報の記録再生の動作を切・入す
る機構は、前記探針の走査方向が、探針から支持体の根
元方向である場合に記録再生動作を行なうように作動
し、逆の走査の場合には記録再生動作を行わないように
作動することを特徴としている。また、これらの発明に
おいて、前記探針が設置されてなる片持ち梁構造の支持
体が、少なくとも２本が対となってその探針位置が反対
の位置となるように配置されていることを特徴としてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、上記したように、支持
体に設置されている探針を、回転走査によって記録媒体
表面に対して相対走査し、その物理的相互作用により情
報の記録再生を行なう情報処理装置において、前記情報
の記録再生における前記記録媒体の不安定なエリアを記
録再生しないように、前記支持体に設置されている探針
の記録媒体に対する相対走査方向に応じて、前記情報の
記録再生の動作を切り替えるように構成されているか
ら、情報記録再生におけるエラーレートを劇的に抑える
ことが可能となる。すなわち、本発明は、上記回転走査
による探針の回転運動乃至は楕円運動に際して、探針が
不安定なエリアを記録再生しないようにスイッチングす
るように構成し、走査機構が安定な共振振動を行い、走
査機構の装置構成および構成部材の特性から得られる最
高の周波数で高速走査できるようにしたものである。本
発明における探針として、典型的な例としては、同一平
面状に形成されたカンチレバータイプのプローブ群によ
る構成が挙げられ、それを２本のプローブで構成する場
合には、これらを対としてその探針方向が反対となるよ
うに配置した構成を採ることが好ましいが、本発明はレ
バーに応じたスイッチングを行なえばよいものであり、
プローブのレバータイプやその記録エリアパターン・プ
ローブ配置等には、特に限定されない。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］図１に本発明の実施例１の構成を示す。１
０１が片持ち梁形状のレバーでその先端に探針１０２が
設けられている。レバーは図２に示すような構造及び形
状をしており、シリコン単結晶を材料として半導体プロ
セスを用いて作製した。本実施例では、プローブを接近
させて検出する物理現象として電流を用いているため
に、記録媒体１０３と探針１０２は導電性材料であるＡ
ｕによって形成されている。２０３は探針２０１を電気
的につなげるための配線パターンであり、同様にＡｕの
パターニングによって形成された。また、探針は上述し
たとおり半導体プロセスを用いて作製しているために、
同一シリコン基板上にプロセス精度以内のばらつきでま
ったく同じ形状のプローブ２０２を複数形成することが
できる。またその配置も自由である。

【００１０】再び図１に戻る。この探針によって検出さ
れた電流はＩ−Ｖ変換部１０６によって電圧信号に変換
された後、制御部１０８に入力される。制御部１０８に
入力された電圧信号は図示されていないが一部は再生デ
ータとして後段のデータ処理回路へ送られて情報が再生
される。またもう一部は電流値の大小によって探針１０
２と媒体１０３の距離を制御するための接近制御部１１
０へ送られ、フィードバック用の検出信号として用いら
れる。

【００１１】一方、記録媒体１０３は媒体表面に平行に
走査するためのアクチュエータを備えたステージ１０４
に設置してある。アクチュエータは図示されていない
が、本実施例の場合は圧電素子を用いたＸＹステージを
用いている。回転走査制御部１０７は制御部１０８から
の制御信号によってステージの回転駆動信号を生成す
る。その駆動信号はアンプ回路１０５をとおって増幅さ
れた後、ステージ１０４のアクチュエータに印加され
る。具体的には図５に示すような、ＸＹ方向のアクチュ
エータにそれぞれｓｉｎ波とｃｏｓ波を印加することに
よって行う。図５では明確ではないが、信号は同心円状
に走査するために、波高値を徐々に変化させるようにな
っている。その結果として走査軌道は、例えば図５の最
下図に概念として示すように渦巻き型になる。記録再生
用バイアス制御部１０９は媒体１０３に記録用のパルス
電圧と再生用のＤＣ電圧を加えるためのもので制御部１
０８からの制御信号に基づいてバイアスを媒体に印加す
る。

【００１２】回転走査制御部１０７はもう一つ、本発明
に特徴的な制御信号を出力している。それは、記録再生
の制御信号である。カンチレバータイプのプローブを円
走査に用いた場合、図３の（３）に示すように、プロー
ブの方向に対して引っ張り方向（Ｐｕｌｌ）と押し方向
（Ｐｕｓｈ）が存在する。これによってレバーは、この
２状態について異なった力を媒体から受けることにな
る。すなわち、Ｐｕｌｌの場合には図３（１）に示すよ
うにＦＰｕｌｌの力を受けて形状変化を生じ、またＰｕ
ｓｈの場合には（２）に示すようにＦＰｕｓｈの力を受
けて形状変化生じることになる。しかしながら、どちら
の場合もこれらの力は一定不変ではなく、媒体の場所に
よって局所的に異なるのが普通である。それは、媒体の
凹凸や表面状態が異なっていることに起因する。このよ
うにこれらの力が走査によって変化した場合、Ｐｕｌｌ
の状態ではレバーには引っ張り方向に力が働いているた
め、例えば急にこれらの摩擦力が減少した場合でも、レ
バーの引っ張り力が低下するだけで、探針先端位置の変
化はそれほど大きくはないが、Ｐｕｓｈの場合には、こ
の摩擦力によってレバーが圧縮方向に力を受け、撓んで
しまうので、もし急激な力の減少変化が生じた場合に、
レバーの復元力によって探針が跳ねたり、大きく位置を
変化させる。また、円走査の場合にはこれらＰｕｌｌ、
Ｐｕｓｈの方向に加えて、横方向にもレバーは摩擦力を
受けており、Ｐｕｓｈ時の探針の跳ね飛び現象によっ
て、走査軌跡も変形してしまう。

【００１３】そこで、本発明では、これらの探針の接触
の不安定性による記録再生への影響を抑えるために、図
６に示すようなプローブ・媒体の配置を示す。プローブ
ＡとプローブＢは互いに反対向きに配置されており、対
を成して形成されている。プローブは前述した通りに半
導体プロセスによってすべて同一基板上に形成されてい
るために、一体で動く。このＡＢの対は、基板上に自由
に配置できるために、図６に示すようにそれぞれのプロ
ーブのアクセスエリア（点模様（Ｂ）と線模様（Ａ）の
部分）を密に配置することが可能である。プローブＢが
Ｂ’にある時、プローブはＰｕｌｌ状態なので安定して
いるが、プローブＡ’はＰｕｓｈ状態であるために不安
定である。そこで、この状態のときにはプローブＢを記
録再生に使用し、プローブＡは休止させる。また、円走
査が進んでそれぞれがＡ”、Ｂ”になった場合、今度は
逆にプローブＡがＰｕｌｌで安定、プローブＢがＰｕｓ
ｈで不安定になっており、この状態ではプローブＡを記
録再生に用い、プローブＢを休止させる。すなわち、例
えば図１のＩ−Ｖ変換部１０６に図４に示すような構成
のスイッチを設けることによって切りかえる。例えば図
５に示す波形により走査駆動されている場合には、図５
のＡＥＮＢ、ＢＥＮＢに示すようなスイッチ制御信号が
回転走査制御部１０７からＩ−Ｖ変換部１０６に入力さ
れて記録再生の制御が行われる。これによって、Ｐｕｓ
ｈ時の記録再生を行わない様にできるため、データの記
録再生へのプローブの不安定性の影響を抑えることが可
能となる。

【００１４】［実施例２］実施例２は、上述したシステ
ムにおいて、実際に情報の記録再生を行ったものであ
る。記録再生は特開昭６３−１６１５５２号公報、およ
び特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されているよ
うな方法によって行なった。記録媒体には同じく特開昭
６３−１６１５５２号公報または特開昭６３−１６１５
５３号公報に記載の共役π電子系を持つ有機化合物をラ
ングミュア−ブロジェット法によって成膜した６単分子
層の有機超薄膜（ＬＢ膜）を用いた。この記録媒体１０
３は図１に示すように基板上に形成されている。なお基
板電極は平滑なシリコン基板の上にエピタキシャル成長
させたＡｕを用いた。記録は、上述した様な電流検出プ
ローブに時系列で順々にパルス電圧を印加する方法で行
い、印加パルス波形は波高値３Ｖの三角波を用いた。再
生には基板側に２ＶのＤＣバイアスを印加して、電流を
測定する方法によって行なった。

【００１５】ここでは、走査方法として、実施例１での
円走査による本方式と、通常のレバー１本での円走査方
式による通常走査方式を用いて行なった。レバーの大き
さは幅２５μｍ長さ５０μｍ厚さ１μｍで、共振周波数
は５ｋＨｚ前後であった。図６のＡ・Ｂレバーに設けら
れた探針先端の間隔は１５０μｍとしてプローブＡ・Ｂ
をプローブ基板上に配置した。したがって、本方式の場
合の走査最大半径は１５０μｍとなる。通常走査方式の
際にはプローブＢを動作停止させてプローブＡのみで記
録再生を行なった。走査線速度は毎秒２ｍｍとなるよう
に回転走査させた。同様のビットパターンを両方式で記
録再生したところ、通常方式では１０〜１５％の再生エ
ラーがレバーＰｕｓｈ走査時（図３の（２）の時）に生
じてしまったが、本発明の方式ではエラーは０．１％以
下に激減した。

【００１６】また、本実施例では主に図６に示したよう
な記録エリアの配置で行なったが、別な例として図７及
び図８に示したものも可能である。図７（１）はプロー
ブＡによってアクセスする領域Ａプローブエリアとプロ
ーブＢによってアクセスする領域であるＢプローブエリ
アがそれぞれ別の領域を形成している場合も可能であっ
た。また（２）に示したようにプローブの横方向の動き
が少なく、Ｐｕｌｌ領域である扇形を記録エリアとした
場合のものも可能である。Ａ・Ｂプローブは前述と同じ
であるが、それらと９０度異なる向きのプローブがＣ・
Ｄともう２本形成されている場合である。これらの場合
もそれぞれのプローブが走査するエリアは別れている
が、任意の位置にプローブを作ることが可能なので記録
エリアを密に配置できる。また更にＡ・Ｂエリアを交互
に混在させてＣ・Ｄエリアを交互に混在させた図８
（１）も可能である。また更に、記録再生が不安定な領
域が１回転の４分の１以下であった場合には図８の
（２）のように記録エリアをとることによってその部分
を回避し、より安定記録再生が実現できる。この場合に
はＡプローブとＢプローブが同時に記録再生を行なう時
間があるため、転送レート等に多少有利になっている。

【００１７】以上、記録パターンをいくつか検討した
が、本発明は円走査における不安定さを回避するため
に、不安定なエリアを記録再生しないようにスイッチン
グするというものである。実施例では、典型的な例とし
てカンチレバータイプのプローブについてのプローブ配
置や、記録エリアパターン等を示したが、本発明はレバ
ーに応じたスイッチングを行なえばよいので、レバータ
イプやその記録エリアパターン・プローブ配置には限定
されないのはもちろんである。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
支持体に設置されている探針を、回転走査によって記録
媒体表面に対して相対走査し、その物理的相互作用によ
り情報の記録再生を行なう情報処理装置において、安定
な探針の走査が行なわれる方向でのみ記録再生を行なう
ように構成されているので、情報記録再生におけるエラ
ーレートを劇的に抑えることが可能な情報処理装置およ
び情報処理方法を実現することができる。したがって、
本発明は、上記構成によって走査機構が安定な走査によ
り、走査機構の装置構成および構成部材の特性から得ら
れる最高の周波数で高速走査することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】システム構成の概略を示す図。

【図２】実施例におけるプローブの形状と構造を示す
図。

【図３】プローブの走査時の状況を説明する図。

【図４】本発明のＩ−Ｖ変換部の構成の概略を示す図。

【図５】走査信号波形とスイッチ制御信号を示す図。

【図６】記録エリアとプローブ位置の関係の一例を示す
図。

【図７】記録エリアの配置を示す幾つかの例を示す図。

【図８】図７以外の記録エリアの配置を示す幾つかの例
を示す図。

【符号の説明】

１０１：レバー １０２：探針 １０３：記録媒体 １０４：ステージ １０５：アンプ回路 １０６：Ｉ−Ｖ変換部 １０７：回転走査制御部 １０８：制御部 １０９：記録再生用バイアス制御部 １１０：接近制御部 ２０１：探針 ２０２：プローブ ２０３：配線パターン

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体に設置されている探針を、回転走査
   によって記録媒体表面に対して相対走査し、その物理的
   相互作用により情報の記録再生を行なう情報処理装置に
   おいて、 前記情報の記録再生における前記記録媒体の不安定なエ
   リアを記録再生しないように、前記支持体に設置されて
   いる探針の記録媒体に対する相対走査方向に応じて、前
   記情報の記録再生の動作を切・入する機構を有すること
   を特徴とする情報処理装置。
2. 【請求項２】前記物理的相互作用が、トンネル電流であ
   ることをことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装
   置。
3. 【請求項３】前記探針の設置されている該支持体が、片
   持ち梁構造をしていることを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の情報処理装置。
4. 【請求項４】前記情報の記録再生の動作を切・入する機
   構は、前記探針の走査方向が、探針から支持体の根元方
   向である場合に記録再生動作を行なうように作動し、逆
   の走査の場合には記録再生動作を行わないように作動す
   ることを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 【請求項５】前記探針が設置されてなる片持ち梁構造の
   支持体が、少なくとも２本が対となってその探針位置が
   反対の位置となるように配置されていることを特徴とす
   る請求項３または請求項４に記載の情報処理装置。
6. 【請求項６】支持体に設置されている探針を、回転走査
   によって記録媒体表面に対して相対走査し、その物理的
   相互作用により情報の記録再生を行なう情報処理方法に
   おいて、 前記情報の記録再生における前記記録媒体の不安定なエ
   リアを記録再生しないように、前記支持体に設置されて
   いる探針の記録媒体に対する相対走査方向に応じて、前
   記情報の記録再生の動作を切り替えるようにしたことを
   特徴とする情報処理方法。
7. 【請求項７】前記物理的相互作用が、トンネル電流であ
   ることをことを特徴とする請求項６に記載の情報処理方
   法。
8. 【請求項８】前記探針の設置されている該支持体が、片
   持ち梁構造をしていることを特徴とする請求項６または
   請求項７に記載の情報処理方法。
9. 【請求項９】前記情報の記録再生の切り替えは、前記探
   針の走査方向が、探針から支持体の根元方向である場合
   に記録再生動作を行ない、逆の走査の場合には記録再生
   動作を行わないように切り替えられることを特徴とする
   請求項８に記載の情報処理方法。
10. 【請求項１０】前記探針が設置されてなる片持ち梁構造
    の支持体が、少なくとも２本が対となってその探針位置
    が反対の位置となるように配置されていることを特徴と
    する請求項８または請求項９に記載の情報処理方法。