JPH1196607A

JPH1196607A - プローブ、および情報処理装置

Info

Publication number: JPH1196607A
Application number: JP27823497A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yasuda; 進安田; Takeo Yamazaki; 剛生山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、高い周波数でウォブリングを行なう
ことができ、また、コンパクトで複数の探針を有するＳ
ＰＭメモリに適し、消費エネルギーの少ないプローブを
提供すること、および該プローブを備え、高速で情報の
読み出しを行なうことができる情報処理装置を提供する
ことを目的としている。【解決手段】本発明のプローブは、一端が支持されたカ
ンチレバーの自由端に探針を備えたプローブにおいて、
前記カンチレバーをその長手方向の軸まわりに微小回転
させ、該微小回転によって該カンチレバーの回転軸から
離れた位置にある前記探針の先端を、水平移動させる駆
動手段を有することを特徴とするものであり、また、本
発明の情報処理装置は、上記した本発明のプローブによ
って、高速で情報の読み出しを行なうことができる情報
処理装置を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】本発明はプローブ、および情
報処理装置に関し、特に、走査型トンネル顕微鏡（以
下、ＳＴＭと略す）や原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと
略す）等の走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと略
す）の原理を用いた高密度・大容量メモリ装置の技術分
野におけるプローブ、および情報処理装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体の表面原子の電子構造を直接観測
できる走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）がジー・ビーニッ
ヒらにより開発（フェルベティカフィジカアクタ．５
５、７２６（１９８２））されて以来、先端の尖った探
針を走査することにより様々な情報を得る走査プローブ
顕微鏡（ＳＰＭ）や、さらに基板に電気的、化学的ある
いは物理的作用を及ぼす事を目的としたＳＰＭを応用し
た微細加工技術の研究開発が行われている。さらに、こ
のようなＳＰＭ技術はメモリ技術にも応用されつつあ
る。例えば、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭
６３−１６１５５３号公報等には、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π電子系有機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜
層を記録媒体として、記録・再生をＳＴＭで行う方法が
開示されている。この方法によれば、ＳＴＭの探針にあ
るしきい値以上の電圧を印加することにより、探針直下
の記録媒体に微小な領域で特性変化を生じさせて記録を
行い、探針と記録媒体間に流れるトンネル電流が記録部
と非記録部により変化することを利用して再生を行うこ
とができる。この方法を用いて、記録のビットサイズを
直径１０ｎｍとすれば、１０¹²ビット／ｃｍ²の記録密
度を持つ情報処理装置が実現できる。また、記録媒体と
してあるしきい値以上の電圧を印加すると表面が局所的
に溶融または蒸発して表面形状が凹または凸に変化する
材料、例えば、Ａｕ、Ｐｔなどの金属薄膜を用いること
により同様に記録再生を行なうことができる。

【０００３】ところで、上記のような記録再生方式を用
いて、大量の情報を読み出すためには、探針のＸＹ方向
（記録媒体面内方向）の位置検出および補正制御（トラ
ッキング）が必要となる。ＳＰＭメモリ装置のトラッキ
ング法としては、まず、媒体上に物理的なトラックを形
成し、そのトラックにプローブを沿わせる方法が知られ
ている。特開平１−１０７３４１号公報には記録媒体表
面にトラックとしてＶ字型の溝を形成し、プローブ電極
が常にこの溝の中央に位置するように制御する方法が開
示されている。また特開平１−１３３２３９号公報には
記録媒体の下にトラックを導電帯層で形成して、トラッ
クにトラッキング信号を印加し、プローブから検出され
るトラッキング信号に基づいてフィードバック制御を行
う方法が開示されている。しかし、ＳＰＭ技術の利点を
発揮するための、トラック幅１０ｎｍ程度の物理トラッ
クを作成することは、従来のフォトリソグラフィ技術等
では容易ではない。そこで、特別なトラックを媒体上に
形成することなく情報列を、トラッキングする方法とし
て、特開平４−２１２７３７号に、プローブをビット列
に対し垂直方向に微小な振幅で振動させながら記録ビッ
トの位置を検出し、位置ずれをなくすように制御するト
ラッキング方法（ウォブリング方式）が開示されてい
る。

【０００４】以下、このウォブリング方式について説明
する。まず、ウォブリング方式においては、記録情報ビ
ット列を探針で走査して再生信号を取り出す際、探針を
ビット列の幅より小さい振幅で、ビット列と直交する方
向に、ウォブリング周波数ｆで定常的に振動させてお
く。ここで、ウォブリング周波数ｆはビット列の再生信
号の周波数に比べ十分小さい値に設定する。そして、ビ
ット列の上を探針で走査して信号を再生する。このと
き、再生信号の強度は、図５に示すように、探針とビッ
ト列との位置関係に応じて変化する。すなわち、再生信
号の振幅強度は図５に示したグラフのように、探針がビ
ット列の真上のときに最大となり、ビット列から外れる
と小さくなる。このとき、探針が図６のａのように、振
動数ｆで微小振動しているので、ビット列の再生信号は
図５に対応する符号で示した矢印の位置により、図６の
信号ｂ、ｃ、ｄのようにエンベロープが変化する。

【０００５】ここで、再生信号のエンベロープの変化信
号を取り出すと同図の信号ｂ’、ｃ’、ｄ’のようにな
る。まず、探針の振動波形ａに対してエンベロープ変化
信号は、探針が矢印ｃのようにビット列の真上にあると
きは信号ｃ’のように小さくなり、かつウォブリング周
波数ｆの２倍の周波数２ｆが現れる。このため、探針の
振動数ｆの基準信号を参照信号として同期検波を行うと
ゼロになり、エラー電圧はゼロになる。同期検波は、例
えば乗算器とフィルターにより行なわれる。また、矢印
ｂのように上にずれた場合は、探針の振動波形ａに対し
て１８０度位相がずれて振幅が大きくなり、矢印ｄのよ
うに下にずれたときには探針の振動波形ａに対して同位
相となり、振幅も大きくなる。それゆえ、探針の振動数
ｆの基準信号を参照信号として同期検波を行うと、探針
が上にずれると負、下にずれると正になるような、ビッ
ト列からのずれ量に比例したトラッキング信号が得られ
る。その信号を用いて探針をビット列上に保つようなフ
ィードバック制御が可能となる。さて、トラッキングを
安定して行うためには、ウォブリングの振動数ｆは必要
とされるトラッキング周波数より２桁ぐらい高いことが
必要である。また、一般に必要なトラッキング周波数は
探針走査速度に比例する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来はウォ
ブリングを行なうために、アクチュエータを用いて探針
もしくは記録媒体を水平方向に駆動していた。そのた
め、駆動する質量が大きくなり、ウォブリングの振動数
ｆを十分に高くすることができなかった。そして、それ
がメモリ装置のデータ転送速度を制限する要因になって
いた。また、水平方向に駆動するためのアクチュエータ
装置が大掛かりになるため、探針を複数設けたＳＰＭメ
モリの場合、それぞれの探針で個別にウォブリングを行
なうことができなかった。また、ウォブリングのための
消費エネルギーが大きくなるため、メモリ装置の低消費
電力化の妨げになっていた。

【０００７】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、高い周波数でウォブリングを行なうこ
とができ、また、コンパクトで複数の探針を有するＳＰ
Ｍメモリに適し、消費エネルギーの少ないプローブを提
供すること、および該プローブを備え、高速で情報の読
み出しを行なうことができる情報処理装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、プローブ、および情報処理装置をつぎのよう
に構成したことを特徴とするものである。すなわち、本
発明のプローブは、一端が支持されたカンチレバーの自
由端に探針を備えたプローブにおいて、前記カンチレバ
ーをその長手方向の軸まわりに微小回転させ、該微小回
転によって該カンチレバーの回転軸から離れた位置にあ
る前記探針の先端を、水平移動させる駆動手段を有する
ことを特徴としている。また、本発明のプローブの前記
駆動手段は、該駆動手段の駆動周波数を前記カンチレバ
ーの振動モードのうち、カンチレバーがねじれるように
振動するモードの周波数と一致させて駆動するように構
成されていることを特徴としている。また、本発明のプ
ローブは、前記駆動手段が、圧電アクチュエータである
ことを特徴としている。また、本発明のプローブは、前
記圧電アクチュエータが、前記カンチレバーの左右にお
いて該カンチレバーの支持部と連結された連結部材に配
され、電圧の印加によって該左右における連結部材を湾
曲させるように分極処理された圧電性部材によって構成
されていることを特徴としている。また、本発明のプロ
ーブは、前記駆動手段が、静電アクチュエータであるこ
とを特徴としている。また、本発明のプローブは、前記
静電アクチュエータが、前記カンチレバーの左右に配さ
れた可動電極と、該可動電極に対抗する固定電極とから
なり、電圧の印加によって該左右の電極間に静電引力を
働かせるように構成されていることを特徴としている。
また、本発明の情報処理装置は、走査型プローブ顕微鏡
の原理を適用した情報処理装置において、上記した本発
明のいずれかのプローブを備え、カンチレバーの微小回
転による探針先端の水平移動によってウォブリングを行
い、記録された情報を再生することを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、上記構成により、高い
周波数でウォブリングを行なうことができ、また、コン
パクトで複数の探針を有するＳＰＭメモリに適し、消費
エネルギーの少ないプローブを実現することができる。
また、該プローブを備えた情報処理装置を構成すること
により、高速で情報の読み出しを行なうことができる情
報処理装置を提供することができる。

【００１０】つぎに、上記構成を有するプローブの動作
について説明する。図３は先端に探針を有するカンチレ
バーの斜視図、図４は図３のＡの方向から見た図であ
る。各図中で９０１は探針、９０２はカンチレバー、９
０３は支持部である。図３で、Ｌ、ｗ、ｔはそれぞれカ
ンチレバーの長さ、幅、厚さを示している。図４におい
て、ｈは探針先端とカンチレバーの回転の中心との距
離、θはカンチレバーの回転角を示している。本発明の
プローブを長手方向の軸に沿って見た概略図である。図
４に示すように、カンチレバー先端が角度θ回転したと
する。このとき、角度θが微小であるとすると、探針先
端は図中でｈθ水平に移動する。すなわち、カンチレバ
ー先端を−θ〜＋θの範囲で回転駆動すると、探針先端
を２ｈθの幅でウォブリングすることができる。ここ
で、駆動のしやすさの目安となる実効質量ｍ_eについて
考える。ここで、実効質量ｍ_eとは、探針先端に力Ｆを
加えたときに、探針先端に加速度が生じたとすると、で定義される。ｍ_eは小さいほど少ない力で加速できる
ことを示す。簡単のために、探針の質量を無視し、カン
チレバーが図３に示すような単純な矩形形状（長さＬ、
幅ｗ、厚さｔ）で、密度がρであるとする。まず、カン
チレバー全体を平行に駆動する際の実効質量ｍ_e1は、カ
ンチレバー全体の質量に等しいため、である。

【００１１】次に、カンチレバーを微小回転駆動する際
の探針先端から見た実効質量ｍ_e2を考える。図４に示す
ように、探針先端がｈθ変位した時に、探針先端に力Ｆ
が作用しているとする。カンチレバーが回転軸の周りに
回転する時の慣性モーメントＩは、である。一般に、角加速度と慣性モーメントの積はトル
クに等しいので、となり、探針先端から見た微小実効質量ｍ_e2は、すなわち、となるようにｈを決めてやれば、本発明のウォブリング
法は平行移動に比べて実効質量が小さくなることがわか
る。例えば、典型的な値として、ｔ＝１μｍ、ｗ＝２０
μｍの時には、ｈ＞５．８μｍとすることで、カンチレ
バーを平行移動する時よりも実効質量を小さくすること
ができる。

【００１２】さらに、カンチレバーを平行移動する方法
では、支持部も同時に駆動する必要があるので実効質量
に支持部の質量を加える必要があるのに対し、本発明に
おいては支持部は動かす必要がないので、実効質量を小
さくする上で、さらに有利である。すなわち、本発明に
よれば、カンチレバーを回転駆動することで、従来のプ
ローブ全体を左右に平行駆動する方法に比べて、容易に
高速なウォブリングが可能なプローブを提供することが
できる。

【００１３】また、前記駆動手段の駆動周波数を、前記
カンチレバーの振動モードのうち、カンチレバーがねじ
れるように振動するモードの周波数と一致させるように
駆動することで、ウォブリングに要する消費エネルギー
を小さくすることができる。また、前記駆動手段を圧電
アクチュエータとすることで、コンパクトで複数のプロ
ーブを有するＳＰＭメモリ装置に適したプローブを提供
することができる。また、前記駆動手段を静電アクチュ
エータとしても、コンパクトで複数のプローブを有する
ＳＰＭメモリ装置に適したプローブを提供することがで
きる。また、本発明のプローブを、走査プローブ顕微鏡
の原理を適用した情報処理装置に適用することで、高速
に情報の読み出しを行なうことができる情報処理装置を
提供することができる。

【００１４】

【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は、本発明の実施例１のプローブの斜
視図である。カンチレバー１０２は、先端部に探針１０
１が配置され、他端は支持部１０３に固定されている。
探針１０１は導電性で、プローブ引き出し電極１１０と
電気的に接続されている。また、カンチレバー１０２の
固定端の近傍が、Ｌ字状部材１０４ａ、ｂにて、支持部
１０３と連結されている。そして、Ｌ字状部材１０４
ａ、ｂの上には、下側電極１０５ａ、ｂ、圧電性部材１
０６ａ、ｂ、上側電極１０７ａ、ｂ、が積層されてい
る。下側電極１０５ａ、ｂと上側電極１０７ａ、ｂはそ
れぞれ、上側電極引き出し電極１０８ａ、ｂと下側電極
引き出し電極１０９ａ、ｂと電気的に接続されている。
そして、圧電性部材１０６ａ、ｂは、上電極１０７ａ、
ｂに、下電極ａ、ｂに対して正の電圧を印加すると、長
手方向に伸び、負の電圧を印加すると長手方向に縮むよ
うに分極処理が施されている。

【００１５】次に、本プローブの動作について説明す
る。図２は、本発明のプローブをカンチレバー１０２の
長さ方向から見た図であり、本プローブの動作を説明し
ている。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、探針が、それ
ぞれ、中立位置、右側、左側にある様子を示している。
図２（ａ）の状態では、各電極には電圧は印加されてい
ない。図２（ｂ）では、上側電極１０７ｂには下側電極
１０５ｂに対して正の電圧を、上側電極１０７ａには下
側電極１０５ａに対して負の電圧を印加されている。こ
のとき、圧電部材１０６ａは縮み、圧電部材１０６ｂは
伸びる。このとき、Ｌ字状部材１０４ａ、ｂは長さが変
わらないので、１０４ｂ〜１０７ｂの各部材は図中で上
向きに凸に変形し、１０４ａ〜１０７ａの各部材は図中
で下向きに凸に変形する。これらの動きにより、カンチ
レバー１０２には図中で右向きに回転させるモーメント
が働き、探針１０１の先端は図中で右方向に移動する。
それとは逆に、図２（ｃ）では、電極に印加される電圧
が逆向きになっているので、（ｂ）とは反対に探針は左
側ヘ移動する。このようにして、本実施例のプローブも
実施例１と同様に、上側電極１０７ａ、ｂと下側電極１
０５ａ、ｂに印加する電圧を制御することで、探針先端
を左右にウォブリングできることがわかる。

【００１６】［実施例２］図８は、本発明の実施例２の
プローブの斜視図である。カンチレバー３０２は、先端
部に探針３０１が配置され、他端は支持部３０３に固定
されている。探針３０１は導電性で、プローブ引き出し
電極３１０と電気的に接続されている。また、カンチレ
バー３０２の固定端の近傍に、棒状部材３０４ａ、ｂが
配置されている。そして、棒状部材３０４ａ、ｂの上に
は、可動電極３０５ａ、ｂが配置され、可動電極３０５
ａ、ｂは、可動電極引き出し電極３０９ａ、ｂと電気的
に接続されている。そして、可動電極３０５ａ、ｂは、
それぞれ、空隙３０６ａ、ｂを介して、固定電極３０７
ａ、ｂと対抗している。固定電極３０７ａ、ｂは、支持
部３０３に一端を固定され、固定電極引き出し電極３０
８ａ、ｂと電気的に接続されている。

【００１７】次に、本プローブの動作について説明す
る。まず、可動電極引き出し電極３０８ａと固定電極３
０７ａの間に電圧を印加すると、可動電極３０５ａと固
定電極３０７ａの間に静電引力が働く。すると、棒状部
材３０４ａに図中で上向きに力が働き、カンチレバー３
０２を左向きにねじるモーメントが作用する。すると、
探針３０１の先端は図中左側に移動する。同様に、可動
電極引き出し電極３０８ｂと固定電極３０７ｂの間に電
圧を印加することで、探針３０１の先端を図中右側に移
動することができる。以上のように、駆動電圧を与える
ことで、実施例１のプローブと全く同様の使い方ができ
る。また、本実施例のプローブは、実施例１と異なり、
圧電素子を必要としないので、作成プロセスが容易であ
るという利点がある。

【００１８】［実施例３］図７を用いて、実施例３の記
録再生装置の概要を説明する。本実施例では、導電性を
有する基板２０１上の記録層２０２からなる記録媒体２
０３に対し、先端に設けられている探針２０４が接触す
るように、プローブ２０７が配置されている。プローブ
２０７は、実施例１、２で説明したものと同様のもので
ある。プローブ２０７において、探針２０４は、たわむ
様に弾性変形を生じるカンチレバー２０５により支持さ
れており、カンチレバー２０５の固定端近傍には微小角
回転アクチュエータ２０６が配置されている。ここで、
探針２０４の先端から見たカンチレバー２０５の弾性変
形の弾性定数が約０．１［Ｎ／ｍ］、弾性変形量が約１
［μｍ］であるとすると、記録媒体に対する探針の接触
力は約１０^-7［Ｎ］程度となる。制御コンピュータ２３
４により制御された位置制御回路２３３からの位置制御
信号を受け、ｘｙｚ駆動機構２０８により、記録媒体２
０３を取り付けられたｘｙｚステージ２０９が駆動さ
れ、プローブ２０７と記録媒体２０３とは相対的に３次
元方向に移動する。記録再生にあたっては、記録媒体２
０３に対し、プローブ２０７のｘｙ方向及びｚ方向位置
を調節し、探針２０４先端が記録媒体２０３上の所望の
位置で、かつ所望の接触力で接触させた状態になるよう
プローブ２０６が位置合せされる。

【００１９】上記の記録再生装置において記録媒体２０
３に対しプローブ２０７を走査する際、プローブ２０７
上の探針２０４先端は記録媒体２０３に対し、常に接触
した状態を保つ。このような接触走査方式は、探針２０
４先端を記録媒体２０３に対し接触させたまま走査する
場合に、記録媒体２０３の表面に凹凸があっても、カン
チレバー２０５の弾性変形によりこれを吸収するため、
探針２０４先端と記録媒体２０３表面の接触力はほぼ一
定に保たれ、探針２０４先端や記録媒体２０３表面が破
壊することを避けられる。この方式はプローブをｚ方向
に制御する手段が不必要であるため、構成が複雑になら
ず、特に複数のプローブを有する装置に適している。ま
た、記録媒体２０３に対する個々のプローブ２０７のｚ
方向位置のフィードバック制御が不必要であるため、記
録媒体２０３に対するプローブ２０６の高速走査が可能
となる。

【００２０】情報記録時においては、探針２０４先端が
記録媒体２０３に対し、接触した状態を保った状態で、
走査を行ないながら、制御コンピュータ２３４により制
御された記録制御回路２２３から発生された記録信号
が、記録系に切り替えられた切り替えスイッチ２２１を
通し、探針２０４から記録媒体２０３に印加される。こ
のようにして、記録層２０２の探針２０４先端が接触す
る部分に局所的に記録が行われる。上述の装置における
記録層２０１としては、電圧印加により流れる電流値が
変化するような材料を用いる。具体例としては、第１
に、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１
６１５５３号公報に開示されているようなポリイミドや
ＳＯＡＺ（ビス−ｎ−オクチルスクアリリウムアズレ
ン）等電気メモリー効果を有するＬＢ膜（＝Ｌａｎｇｍ
ｕｉｒ‐Ｂｌｏｄｇｅｔｔｅ法により作成された有機単
分子の膜の累積膜）が挙げられる。この材料は、探針−
ＬＢ膜−基板間にしきい値以上の電圧（５〜１０［Ｖ］
程度）を印加すると間のＬＢ膜の導電性が変化（ＯＦＦ
状態→ＯＮ状態）し、再生用のバイアス電圧（０．０１
〜２［Ｖ］程度を印加した際に流れる電流が増大するも
のである。

【００２１】第２の具体例として、ＧｅＴｅ，ＧａＳ
ｂ，ＳｎＴｅ等の非晶質薄膜材料が挙げられる。この材
料は、探針−非晶質薄膜材料−基板間に電圧を印加し、
流れる電流により発生する熱で非晶質→晶質への相転移
を起こさせるものである。これにより材料の導電性が変
化し、再生用のバイアス電圧を印加した際に流れる電流
が増大するものである。第３の具体例として、Ｚｎや
Ｗ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の酸化性金属・半導体材料が挙げ
られる。この材料は、探針−酸化性金属・半導体材料間
に電圧を印加すると、流れる電流により、材料表面に吸
着している水や大気中の酸素と反応し、表面に酸化膜が
形成される。このため材料表面の接触抵抗が変化し、バ
イアス電圧を印加した際に流れる電流が減少する。

【００２２】さて、上述のように記録が行われた情報の
再生は次のように行う。まず、プローブ２０７において
は、基準信号発振器２３０により制御されるウォブリン
グ駆動回路２３１により、微小回転角アクチュエータ２
０６が駆動され、探針２０４の先端がビット幅より十分
狭い幅でウォブリングされている。切り替えスイッチ２
２１により、プローブ２０７からの信号配線を再生系に
切り替えた後、バイアス電圧印加手段２２２により、探
針２０４と基板２０１との間にバイアス電圧を印加し、
間に流れる電流を電流電圧変換回路２２５において電圧
に変換する。記録媒体２０３上の記録ビットの部分は記
録がなされていない部分に比べ電流が多く（または、少
なく）流れるため、ビットの有無が電圧信号に変換され
る。そして、その再生信号はバンドパスフィルタ２２７
と復調回路２２６を通して、バイナリデータとして制御
コンピュータ２３４に出力される。

【００２３】一方、バンドパスフィルタ２２７の出力
は、同期検波回路２２８にも入力される。同期検波回路
２２８では、バンドパスフィルタ２２７の出力を、基準
信号発振器２３０の出力を波形整形回路２２９を通した
信号を基準に、同期検波を行ないエラー信号を生成す
る。このエラー信号は、探針２０４とビット列とのずれ
に比例する信号である。そして、このエラー信号はロー
パスフィルタ２３２を通して、位置制御回路２３３に入
力され、位置制御回路２３３は、制御コンピュータ２３
４からの制御出力とあわせて、トラッキングエラーを少
なくするように位置制御を行なう。このようにして、記
録媒体２０３に記録された情報の再生を行なうことがで
きる。

【００２４】次に、本実施例のウォブリング周波数につ
いて、説明を行なう。上述したＳＰＭメモリ装置のトラ
ッキングエラーは、１ビットの大きさが１０ｎｍとする
と、１ｎｍ程度に押さえる必要がある。本実施例のＳＰ
Ｍメモリのスペックは、走査方式：ラスター走査、水平
走査幅：１００μｍ、１ビット長：２０ｎｍ、転送レー
ト：１Ｍｂｐｓ、である。本実施例のようにラスター走
査を行なうＳＰＭメモリのトラッキングエラーの原因と
して考えられるのは、温度ドリフトおよび、ビット列と
駆動方向との非平行度である。ここで、温度ドリフトは
ＤＣ的なトラッキングエラーを生じさせるので、ビット
列と駆動方向との非平行度に起因するトラッキングエラ
ーについてのみ考える。本実施例においては、１ビット
長が２０ｎｍであるから、１Ｍｂｐｓの転送レートを実
現するためには、探針の走査速度は２０ｍｍ／ｓであ
る。

【００２５】ここで、水平走査幅１００μｍのラスター
走査を行なうとすると、水平走査周波数は２０ｍｍ／ｓ
／２００μｍ＝１００Ｈｚとなる。ビット列の配列に起
因するトラッキングエラーはこの基本周波数の倍数成分
である。このようなトラッキングエラーは一般的に１／
ｆ²に比例して減少していくことが知られている。トラ
ックずれの振幅が最大１μｍだとすると、トラッキング
エラーを１ｎｍ以内に押さえるためには制御利得は６０
ｄＢ必要である。また、１００Ｈｚ時のトラッキングエ
ラーの振幅が最大１μｍだとすると、周波数が√１００
０倍になれば、トラッキングエラーが１ｎｍ以下になる
ので、サーボは１００×√１０００≒３ｋＨｚ程度まで
追従すれば十分である。

【００２６】これから、要求されるウォブリング周波数
ｆは、３ｋＨｚ＜ｆ＜１ＭＨｚの範囲内であればよいこ
とがわかるので、本実施例ではｆ＝１００ｋＨｚとし
た。そして、カンチレバー１０２のねじれの振動モード
の周波数を１００ｋＨｚとすることで、少ない消費電力
でウォブリングを行なうことができた。以上のように、
ＳＰＭ記録再生装置において本発明のプローブを適用し
たことにより、従来よりも速い速度でウォブリングをす
ることができるようになり、それにより高速なデータ読
み出しが可能となった。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上のように、カンチレバー
をその長手方向の軸まわりに微小回転させて、該カンチ
レバーにおける探針の先端を水平移動させることによっ
て、プローブ全体を左右に水平移動させるものに比し
て、プローブを容易に高速にウォブリングすることが可
能となる。また、本発明においては、上記カンチレバー
を微小回転駆動させるための駆動手段の駆動周波数を、
前記カンチレバーの振動モードのうち、カンチレバーが
ねじれるように振動するモードの周波数と一致させて駆
動するようにすることにより、ウォブリングに要する消
費エネルギーをきわめて小さくすることが可能となる。
また、本発明においては、上記駆動手段を圧電アクチュ
エータ、または静電アクチュエータによって構成するこ
とにより、コンパクトで複数のプローブを有するＳＰＭ
メモリ装置に適したプローブを実現することができる。
また、本発明においては、上記した本発明のプローブに
よって、情報処理装置を構成することにより、高速に情
報の読み出しを行なうことができる情報処理装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のプローブの斜視図である。

【図２】本発明の実施例１のプローブの動作を説明する
図である。

【図３】本発明のプローブの概略図である。

【図４】図３のプローブを正面から見た図である。

【図５】ウォブリングトラッキング法の、走査の様子を
説明する図である。

【図６】ウォブリングトラッキング法の、再生信号の様
子を説明する図である。

【図７】本発明の実施例３の情報処理装置のブロック図
である。

【図８】本発明の実施例２のプローブの斜視図である。

【符号の説明】

１０１、３０１、９０１：探針１０２、３０２、９０２：カンチレバー１０３、３０３：支持部１０４ａ、ｂ：Ｌ字状部材１０５ａ、ｂ：下側電極１０６ａ、ｂ：圧電性部材１０７ａ、ｂ：上側電極１０８ａ、ｂ：上側電極引き出し電極１０９ａ、ｂ：下側電極引き出し電極１１０、３１０：プローブ引き出し電極３０９ａ、ｂ：可動電極引き出し電極３０４ａ、ｂ：棒状部材３０５ａ、ｂ：可動電極３０６ａ、ｂ：空隙３０７ａ、ｂ：固定電極３０８ａ、ｂ：固定電極引き出し電極２０１：基板２０２：記録層２０３：記録媒体２０４：探針２０５：カンチレバー２０６：微小角回転アクチュエータ２０７：プローブ２０８：ｘｙｚ駆動機構２０９：ｘｙｚステージ２２１：切り替えスイッチ２２２：バイアス印加手段２２３：記録制御回路２２４：再生制御回路２２５：電流電圧変換回路２２６：復調回路２２７：バンドパスフィルタ２２８：同期検波回路２２９：波形整形回路２３０：基準信号発振器２３１：ウォブリング駆動回路２３２：ローパスフィルタ２３３：位置制御回路２３４：制御コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が支持されたカンチレバーの自由端に
探針を備えたプローブにおいて、前記カンチレバーをその長手方向の軸まわりに微小回転
させ、該微小回転によって該カンチレバーの回転軸から
離れた位置にある前記探針の先端を、水平移動させる駆
動手段を有することを特徴とするプローブ。
【請求項２】前記駆動手段は、該駆動手段の駆動周波数
を前記カンチレバーの振動モードのうち、カンチレバー
がねじれるように振動するモードの周波数と一致させて
駆動するように構成されていることを特徴とする請求項
１に記載のプローブ。
【請求項３】前記駆動手段が、圧電アクチュエータであ
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプ
ローブ。
【請求項４】前記圧電アクチュエータは、前記カンチレ
バーの左右において該カンチレバーの支持部と連結され
た連結部材に配され、電圧の印加によって該左右におけ
る連結部材を湾曲させるように分極処理された圧電性部
材によって構成されていることを特徴とする請求項３に
記載のプローブ。
【請求項５】前記駆動手段が、静電アクチュエータであ
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプ
ローブ。
【請求項６】前記静電アクチュエータが、前記カンチレ
バーの左右に配された可動電極と、該可動電極に対抗す
る固定電極とからなり、電圧の印加によって該左右の電
極間に静電引力を働かせるように構成されていることを
特徴とする請求項５に記載のプローブ。
【請求項７】走査型プローブ顕微鏡の原理を適用した情
報処理装置において、請求項１〜請求項６のいずれか１
項に記載のプローブを備え、カンチレバーの微小回転に
よる探針先端の水平移動によってウォブリングを行い、
記録された情報を再生することを特徴とする情報処理装
置。