JP3093065B2 - 記録再生方法および記録再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録再生方法および記
録再生装置に関し、特に、記録媒体とプローブとの間の
物理的相互作用により生じる信号を利用して記録媒体に
記録情報を記録するとともにこの記録された記録情報を
再生する記録再生方法および記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、導体の表面原子の電子構造を直接
観測できる走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が開発さ
れ、以下に示す理由により、広範囲な応用が期待されて
いる(G.Binnig et al., Phys. Rev. Lett., 49, 57, 19
82)。 （１）単結晶，非晶質を問わずに、実空間像の測定を著
しく高い分解能（ナノメートル以下）で行える。 （２）試料に電流による損傷を与えずに、低電力で観測
できる利点を有する。 （３）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。

【０００３】走査型トンネル顕微鏡は、プローブ（金属
の探針）と導電性物質との間に電圧を加えた状態で、プ
ローブを導電性物質の表面から１ｎｍ程度の距離まで近
づけたときにプローブと導電性物質の表面との間に流れ
るトンネル電流を利用するものである。このトンネル電
流の大きさは、プローブと導電性物質の表面との間の距
離に依存し、かつ、この距離の変化に非常に敏感であ
る。そのため、トンネル電流の大きさを一定に保つよう
にプローブ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読み取ることが可能となる。また、
走査型トンネル顕微鏡を用いた解析は、導電性物質の表
面解析に限らず、導電性材料の表面に薄く形成された絶
縁膜の構造解析にも応用され始めている。なお、いずれ
の場合においても、導電性物質または絶縁膜の面内方向
の分解能は、０．１ｎｍ程度である。

【０００４】このような走査型トンネル顕微鏡の原理を
応用すれば、十分に原子オーダ（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。すなわ
ち、記録媒体上に物理的変形または記録媒体の表面の電
子状態に変化を与えることによって記録情報を記録する
とともに、記録した記録情報を走査型トンネル顕微鏡に
より再生することが可能である。たとえば、記録媒体と
プローブとの間にパルス電圧（たとえば、波高値３〜８
Ｖおよびパルス幅１〜１００μｓのパルス電圧）を印加
することにより、記録媒体としてグラファイトを用いた
場合には、グラファイトの表面に微小ホール（たとえ
ば、直径４ｎｍ程度の微小ホール）を形成でき、また、
記録媒体としてＡｕなどの金属を用いた場合には、この
金属の表面に微小突起（たとえば、直径１０ｎｍ程度の
微小突起）を形成できることが知られており、かかる微
小ホールおよび微小突起を記録ビットとして使用するこ
とができる。

【０００５】また、記録層として、導電率変化のスイッ
チング特性に対してメモリ効果をもつ材料（たとえば、
π電子系有機化合物またはカルコゲン化合物類の薄膜
層）を用いて記録再生を走査型トンネル顕微鏡で行う方
法が、特開昭６３−１６１５５２号公報および特開昭６
３−１６１５５３号公報に開示されている。この方法に
よれば、記録ビットのサイズを１０ｎｍとすれば、１０
¹²ｂｉｔ／ｃｍ² もの大容量記録再生が可能である。

【０００６】走査型トンネル顕微鏡の原理を応用した記
録再生装置では、記録媒体へ記録情報を記録する場合に
は、プローブが所定の位置までくるのを待って、プロー
ブの走査を継続しながらまたはプローブの走査を停止し
たのちに、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル
電流を大きくする操作が行われる。ここで、トンネル電
流を大きくするためには、一般的には、印加バイアス電
圧を徐々にまたは急峻に変化させればよいが、記録時間
の短縮化を図り、温度ドリフトや振動などの外乱の影響
を抑えるためには、パルス状の電圧を記録媒体とプロー
ブとの間に印加することが好ましく、たとえば波高値２
〜１０Ｖおよびパルス幅０．１〜１００μｓのパルス電
圧が印加される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た走査型トンネル顕微鏡の原理を応用した記録再生装置
では、記録時に印加電圧を大きくした結果として、記録
媒体とプローブとの間の電界強度も大きくなる。すなわ
ち、記録媒体とプローブとの間の距離が１ｎｍ程度であ
ったとすると、記録媒体とプローブとの間に生じる電界
は１０⁷ 〜１０⁸Ｖ／ｃｍにも達する。かかる強電界下
では、主として電界放射による電流が流れる。この場
合、トンネル電流とは異なり、プローブの最先端の原子
に限らず、プローブの先端近傍の先鋭部または記録媒体
側の凸部先端からのキャリア注入が生じる可能性があ
る。その結果、場合によっては記録ビットの生成率が低
下する。また、記録ビットが形成される場合でも、トン
ネル電流モードでアクセスされる記録再生位置（記録ビ
ットの形成目標位置）と記録時にトンネル電流が流れる
箇所（記録ビットの実際の形成位置）がずれたり、記録
ビットの形状が歪んだり、または、記録ビットが肥大化
したりすることがある。

【０００８】大容量の記録再生装置においては、記録エ
ラーの問題は記録再生プロセスの複雑化を招き、また、
記録の冗長性が増すことで記録密度の低下を引き起こ
す。その結果として、システム全体が複雑化および大型
化してしまう。

【０００９】本発明の目的は、記録エラーの防止が図れ
る記録再生方法および記録再生装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の記録再生方法
は、記録媒体とプローブを相対的に移動させながら該記
録媒体と該プローブとの間の物理的相互作用により生じ
る信号を利用して該記録媒体に記録情報を記録するとと
もに該記録された記録情報を再生する記録再生方法にお
いて、前記記録媒体に前記記録情報を記録する期間で
は、該記録媒体に前記プローブを分子接触させ、それ以
外の期間では前記プローブと前記記録媒体を分子接触さ
せずに移動させる。

【００１１】ここで、前記記録媒体に前記プローブを分
子接触させたときの該記録媒体と該プローブとの間の接
触抵抗値を１ＭΩ以下としてもよく、前記記録媒体に前
記プローブを分子接触させたときの該記録媒体と該プロ
ーブとの間の接触抵抗値を１００ｋΩ以下としてもよ
い。

【００１２】また、前記記録媒体に前記プローブを分子
接触させる期間では、該記録媒体と該プローブとの間に
１０^-8Ｎ以上の作用力が生じる程度までに、該記録媒体
と該プローブとを接近させてもよく、前記記録媒体に前
記プローブを分子接触させる期間では、該記録媒体と該
プローブとの間に１０^-7Ｎ以上の作用力が生じる程度ま
でに、該記録媒体と該プローブとを接近させてもよい。

【００１３】さらに、前記記録媒体に前記記録情報を記
録する期間以外の期間での該記録媒体と前記プローブと
の距離をＺ₀ ｎｍとしたとき、該記録媒体に前記記録情
報を記録する期間では、該記録媒体と前記プローブとを
（Ｚ₀−４） ｎｍ以上接近させてもよく、前記記録媒体
に前記記録情報を記録する期間では、該記録媒体と前記
プローブとをＺ₀ ｎｍ以上（Ｚ₀＋３） ｎｍ以下だけ接
近させてもよい。

【００１４】本発明の記録再生装置は、記録媒体とプロ
ーブを相対的に移動させながら該記録媒体と該プローブ
との間の物理的相互作用により生じる信号を利用して該
記録媒体に記録情報を記録するとともに該記録された記
録情報を再生する記録再生装置において、前記プローブ
を前記記録媒体の表面に対して垂直方向に移動させるプ
ローブ移動手段と、該プローブ移動手段を駆動する駆動
手段とを含み、該駆動手段が、前記記録媒体に前記記録
情報を記録する期間では該記録媒体に前記プローブを分
子接触させるよう前記プローブ移動手段を駆動し、それ
以外の期間では前記プローブと前記記録媒体を分子接触
させずに移動させる。

【００１５】ここで、前記記録媒体に前記プローブを分
子接触させたときに該記録媒体と該プローブとの間に流
れる電流を１μＡ以下に制限する電流制限手段をさらに
含んでもよく、前記電流制限手段が、前記電流の経路に
設けられた抵抗素子であってもよく、前記抵抗素子の抵
抗値が、１ＭΩ以下であってもよい。

【００１６】

【作用】本発明の記録再生方法および記録再生装置は、
公知のプローブを用いた接触記録方式と接触の程度にお
いて著しく異なる。すなわち、本発明の記録再生方法お
よび記録再生装置における接触は、プローブの最先端部
の微小領域のみが記録媒体に接触している状態（原子接
触または分子接触）である。なお、この接触は最先端原
子，最先端分子または分子集合体サイズでの接触である
ことから、本明細書中では、便宜上、かかる接触を「分
子接触」と呼ぶ。

【００１７】分子接触の程度に関しては、分子接触した
状態で流れる電流値や抵抗値またはプローブと記録媒体
との間に生じる作用力（接触圧）によってモニタするこ
とができる。また、公知の走査型トンネル顕微鏡技術に
よってプローブと記録媒体との間の距離をサブ・ナノメ
ートルのオーダーで制御（たとえば、圧電体を用いたプ
ローブ位置のサーボ制御）することは容易であり、かか
る状態から一定量だけプローブを記録媒体に接近させる
ことによって所望の分子接触状態を再現性よく実現する
ことも可能である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００１９】図１は、本発明の記録再生装置の第１の実
施例を示すブロック図である。

【００２０】記録再生装置１０は、プローブ１１と、ピ
エゾアクチュエータ１２と、ＸＹステージ１３と、電流
電圧変換回路１４と、サンプルホールド回路１５と、サ
ーボ回路１６と、ドライブ回路１７と、書込みタイミン
グ回路１８と、バイアス発生回路１９と、ＸＹ走査回路
２０と、オフセット発生回路２１と、データ変調回路２
２と、データ復調回路２３とを含む。

【００２１】記録媒体１は、基板１₁ と、基板１₁ の表
面に形成された下地電極１₂ と、下地電極１₂ の表面に
形成された、電流電圧のスイッチング特性に関してメモ
リ効果を有する材料からなる記録層１₃ とで構成されて
いる。具体的には、記録媒体１は、シリコン基板または
ガラスや雲母などの平坦な基板を基板１₁ として用い、
また、単結晶性の金（Ａｕ）を下地電極１₂ として用い
ている。さらに、記録媒体１は、

【００２２】

【化１】 で示されるポリアミック酸分子（分子量約２０万）の

【００２３】

【化２】 で示されるヘキサデシルアミン塩の単分子膜をＬＢ法に
より下地電極１₂ 上に二層，四層または六層累積したの
ち、３００℃で１０分間の熱処理を行うことでイミド化
して形成した

【００２４】

【化３】 で示されるポリイミド単分子累積膜を記録層１₃ として
用いている。

【００２５】次に、記録再生装置１０の各構成要素につ
いて詳しく説明する。

【００２６】（１）プローブ１１およびピエゾアクチュ
エータ１２ ピエゾアクチュエータ１２は、ドライブ回路１７から送
られてくるドライブ信号Ｓ_D により駆動されて、ドライ
ブ信号Ｓ_D に応じてプローブ１１を図示Ｚ軸方向に移動
させる。

【００２７】（２）ＸＹステージ１３ ＸＹステージ１３は、ＸＹ走査回路２０の出力信号によ
り駆動されて、この出力信号に応じて図示Ｘ軸方向およ
びＹ軸方向に移動される。なお、記録媒体１はＸＹステ
ージ１３上に載置されている。

【００２８】（３）電流電圧変換回路１４，サンプルホ
ールド回路１５，サーボ回路１６およびドライブ回路１
７ 電流電圧変換回路１４は、記録層１₃ を介してプローブ
１１と下地電極１₂ との間を流れる電流Ｊを検出して電
圧信号Ｖに変換する。サンプルホールド回路１５は、書
込みタイミング回路１８から送られてくる第１の書込み
制御信号Ｗ₁ に応じて、電流電圧変換回路１４から送ら
れてくる電圧信号Ｖの電圧値をホールドする。サーボ回
路１６は、サンプルホールド回路１５から送られてくる
電圧信号Ｖの電圧値を用いて所定の演算を行うことによ
りドライブ電圧Ｖ_D を算出する。ドライブ回路１７は、
サーボ回路１６から送られてくるドライブ電圧Ｖ_D およ
びオフセット発生回路２１から送られてくるオフセット
電圧Ｖ_OFに応じてドライブ信号Ｓ_D を作成し、作成した
ドライブ信号Ｓ_D をピエゾアクチュエータ１２に出力す
る。

【００２９】（４）書込みタイミング回路１８およびオ
フセット発生回路２１ 書き込みタイミング回路１８は、記録時に制御信号Ｃを
発生する。オフセット発生回路２１は、制御信号Ｃが書
き込みタイミング回路１８から送られてくると、プロー
ブ１１を記録層１₃ に分子接触させるためのオフセット
電圧Ｖ_OFを出力する。

【００３０】（５）バイアス発生回路１９およびＸＹ走
査回路２０ バイアス発生回路１９は、書込みタイミング回路１８か
ら送られてくる第２の書込み制御信号Ｗ₂ に応じて読出
しバイアス電圧Ｖ_BRおよび記録パルス電圧Ｖ_PWを発生し
て、記録媒体１の下地電極１₂ に印加する。ＸＹ走査回
路２０は、書込みタイミング回路１８から送られてくる
第３の書込み制御信号Ｗ₃ に応じてＸＹステージ１３を
駆動して、プローブ１１が記録媒体１の記録データ列を
追跡するように制御する。

【００３１】（６）データ変調回路２２およびデータ復
調回路２３ データ変調回路２２は、外部から送られてくる記録デー
タＤを変調して、書込みタイミング回路１８に出力す
る。データ復調回路２３は、電流電圧変換回路１４から
送られてくる電圧信号Ｖから記録媒体１の記録層１₃ に
記録された記録データＤを復調し、外部に出力する。

【００３２】次に、記録再生装置１０の動作について、
図１および図２を参照して説明する。

【００３３】サーボ回路１６から送られてくるドライブ
電圧Ｖ_D に応じてドライブ回路１７で作成されたドライ
ブ信号Ｓ_D によってピエゾアクチュエータ２１が駆動さ
れ、また、ＸＹステージ１３がＸＹ走査回路２０の出力
信号によって駆動されることにより、図２（Ａ）に示す
ように、プローブ１１と記録層１₃ との間の距離が一定
値Ｚ₀ に保たれたまま、プローブ１１が図示矢印方向
（＋Ｘ軸方向）に走査されて所定の記録位置まで移動さ
れる。続いて、ＸＹ走査回路２０からＸＹステージ１３
への出力信号の出力が中止されることにより、プローブ
１１は前記記録位置で停止する。続いて、制御信号Ｃが
書き込みタイミング回路１８からオフセット発生回路２
１に送られることにより、オフセット電圧Ｖ_OFがオフセ
ット発生回路２１からドライブ回路１７に出力される。
これにより、ドライブ電圧Ｖ_D にオフセット電圧Ｖ_OFが
重畳された電圧に応じたドライブ信号Ｓ_D が、ドライブ
回路１７で作成される。作成されたドライブ信号Ｓ_D に
よってピエゾアクチュエータ２１が駆動されることによ
り、同図（Ｂ）に示すように、プローブ１１が記録層１
₃ に分子接触されるまで図示下方（−Ｚ軸方向）に移動
される。

【００３４】その後、０．１Ｖのバイアス電圧に波高値
２．５Ｖのパルス電圧が重畳された記録パルス電圧Ｖ_PW
がバイアス発生回路１９からプローブ１１と下地電極１
₂ との間に印加されることにより、同図（Ｃ）に示すよ
うに、記録層１₃ の前記記録位置に記録ビット１₄ が生
成される。続いて、オフセット発生回路２１からドライ
ブ回路１７へのオフセット電圧Ｖ_OFの出力が中止される
ことにより、同図（Ｄ）に示すように、プローブ１１と
記録層１₃ との間の距離が一定値Ｚ₀ となるまで、プロ
ーブ１１が図示上方（＋Ｚ軸方向）に移動される。続い
て、ＸＹ走査回路２０の出力信号がＸＹステージ１３へ
再度出力されることにより、プローブ１１が次の記録位
置まで走査される。

【００３５】その後、以上の動作が繰り返されることに
より、記録ビット１₄ が記録層１₃の各記録位置にそれ
ぞれ生成されていく。

【００３６】ここで、プローブ１１の図２図示右方向
（Ｘ軸方向）への走査とプローブ１１の図２図示上下方
向（Ｚ軸方向）への移動のタイミングとしては、図３
（Ａ）に示すように、プローブ１１をＸ軸方向へ走査し
ながらプローブ１１をＺ軸方向へ移動してもよく、ま
た、同図（Ｂ）に示すように、プローブ１１が記録層１
₃ に分子接触するまでＺ軸方向に移動する際にのみプロ
ーブ１１のＸ軸方向への走査を停止してもよく、さら
に、同図（Ｃ）に示すように、プローブ１１をＺ軸方向
に移動する際にはプローブ１１のＸ軸方向への走査を停
止してもよい。なお、上述した記録再生装置１０の動作
は、プローブ１１を図３図（Ｃ）に示すようにＸ軸方向
へ走査させるとともにＺ軸方向に移動させたときのもの
である。

【００３７】以上のようにして、所定数の記録ビット１
₄ を記録媒体１に記録したのち、プローブ１１と記録層
１₃ との間の距離を一定に保ったままプローブ１１をＸ
軸方向に走査して、このときにプローブ１１で検出され
る電流Ｊを電流電圧変換回路１４で電圧信号Ｖに変換し
てデータ復調回路２３に送ることにより、データ復調回
路２３で記録データＤを復調した。

【００３８】その結果、記録層１₃ を層数二層，四層お
よび六層としたいずれの記録媒体１においても、以下に
示す結果が得られた。

【００３９】プローブ１１と記録層１₃ との間の走査時
の距離Ｚ₀ を１ｎｍとした実験において、 （ａ）プローブ１１の記録層１₃ への接近量が０．６ｎ
ｍ未満のときには、１０２４個の記録ビット１₄ の形成
に対して１〜２％程度の確率で記録エラー（すなわち、
記録ビット１₄ の未形成や２０ｎｍφ以上の記録ビット
１₄ の異常生成）が観察された。また、記録ビット１₄
が異常生成した記録位置の前後で、意図した記録位置と
実際に記録ビット１₄ が形成された位置とのずれ（記録
ビットの位置ズレ）が５ｎｍ以上に達する場合もあっ
た。

【００４０】（ｂ）これに対して、プローブ１１の記録
層１₃ への接近量を０．６ｎｍ以上（特に、１〜４ｎ
ｍ）としたときには、記録ビット１₄ の形状ばらつきが
極めて少なく、かつ、５ｎｍφ以下の微小な記録ビット
１₄ が形成できた。また、記録ビット位置ずれも±１ｎ
ｍ以下であった。なお、距離Ｚ₀ ＝１ｎｍの状態でプロ
ーブ１１を０．６ｎｍしか接近させないにもかかわらず
良好な記録ビットが形成されたのは、大気中で実験を行
ったために、記録媒体１の表面の吸着水などの分子レベ
ルのコンタミネーションが介在して距離Ｚ₀ より０．４
ｎｍ程度小さい接近距離から分子接触が生じたためと考
えられる。

【００４１】（ｃ）距離Ｚ₀ ＝１ｎｍに対してプローブ
１１を４ｎｍほど押し込んだ場合でも、プローブ１１の
先端による圧痕などが記録層１₃ ，下地電極１₂ および
基板１₁ に観察されなかった。このことより、距離Ｚ₀
以上にプローブ１１を記録層１₃ に移動させても、ある
程度までの変位（押し込み）に対しては、プローブ１１
または記録層１₃ を含めた基板１₁ が弾性変形すること
で、分子接触の状態が保たれると考えられる。

【００４２】（ｄ）上記（ｃ）において、プローブ１１
を記録層１₃ に５〜７ｎｍほど押し込んだときには、記
録ビット１₄ のサイズばらつきが大きくなる傾向が認め
られたが、これは本発明の分子接触の領域を越えたため
と考える。

【００４３】押し込み量に対して弾性変形が保たれる領
域は基板１₁ の材質などに大きく依存するが、プローブ
１１と記録媒体１との間に流れる電流Ｊをモニタしなが
ら押し込み量を制御することで、材料や環境などに影響
されることなく、かつ、安定に目的の分子接触を達成す
ることができる。たとえば、上記実験においては、電流
Ｊが１００ｎＡ以上（このときのバイアス電圧は１００
ｍＶ、抵抗値換算で１ＭΩ以下）、さらに好ましくは１
μＡ以上流れるまで、プローブ１１と記録媒体１との間
の相対距離を接近させることによって、良好な記録ビッ
ト１₄ の形成（記録操作）が実現できた。かかるる方法
によれば、押し込み以前に距離Ｚ₀ の値が不明であって
も、分子接触を再現性よく制御することができる。

【００４４】ただし、プローブ１１を記録媒体１に分子
接触させた状態では、プローブ１１と記録層１₃ との間
を離した状態と比較して、記録パルス電圧Ｖ_PWの印加時
に過剰の電流Ｊが流れる場合があり、この結果、記録ビ
ット１₄ の形状劣化や記録確率の低下が生じることがあ
る。これを抑止するためには、制限抵抗またはロードレ
ジスタンスを設置すること、すなわち、電流Ｊの経路の
一部に抵抗性素子または導電率の低い領域を設けるが望
まれる。具体的には、バイアス発生回路１９の出力イン
ピーダンスを規定値以上になるように設計するか、また
は、電流電圧変換回路１４の入力インピーダンスを規定
値以上になるように設計する。もちろん、プローブ１１
と電流電圧変換回路１４との間に、または、バイアス発
生回路１９と下地電極１₂ との間に、抵抗体または抵抗
素子を直列に接続してもよい。また、下地電極１₂ と記
録層１₂ との間にＳｉＯ₂ などの絶縁薄膜層を形成して
もよい。このときの好適な抵抗値は、記録パルス電圧Ｖ
_PWの条件（波高値および幅）や記録層１₂ の厚さなどの
記録条件に依存するが、概ね１ｋΩ〜１０ｋΩ以上の値
であれば記録ビット１₄ の形状の劣化などを防ぐことが
できる。また一方で、分子接触状態をモニタするために
は、この制限抵抗値は接触抵抗値（たとえば１ＭΩ）以
下であることが好ましい。

【００４５】本発明の記録再生装置の第２の実施例を示
す概略構成図である。

【００４６】本実施例の記録再生装置110 は、３×３個
のプローブ（プローブ111₁₁〜111₁₃のみ図示）を有する
マルチプローブヘッド111 と、横方向駆動素子112 と、
縦方向駆動素子113 と、位置制御回路114 と、記録用電
圧印加回路115 と、切替回路116 と、検出電流信号処理
回路117 と、制御コンピュータ118 と、レーザ光源121
と、レンズ122 と、ポリゴンミラー123 と、回転速度制
御回路124 と、位置検出素子125 と、位置検出信号処理
回路126 とを含み、各プローブが記録媒体101に分子接
触した状態で生じる各プローブと記録媒体101 との間の
作用力を基にして、各プローブの位置をそれぞれ制御す
るものである。

【００４７】次に、記録再生装置110 の各構成要素につ
いて詳しく説明する。

【００４８】（１）マルチプローブヘッド111 マルチプローブヘッド111 は、電子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）に用いられるような柔らかい弾性体カンチレバーか
らなる複数のプローブを一つの基板に集積化したもので
ある。すなわち、図示左端のプローブ111₁₁ は、弾性体
からなるカンチレバー131₁₁ と、カンチレバー131₁₁ の
先端に形成された導電性のティップ132₁₁とを備えたも
のであり、他のプローブについても同様である。

【００４９】マルチプローブヘッド111 は、次のように
して作製することができる。熱酸化により厚さ０．３μ
ｍのＳｉＯ₂ 膜をＳｉ基板表面上に形成したのち、長さ
１００μｍおよび幅２０μｍのカンチレバー形状を３×
３のマトリックス状にパターニングする。続いて、ティ
ップ電極への電気信号配線パターンを形成したのち、Ｓ
ｉ基板裏面からＫＯＨ液によって異方性エッチングを行
って、マルチプローブヘッド111 を形成する。続いて、
炭素などの電子ビームデポジション法により、高さ５μ
ｍのティップをカンチレバー先端に設ける。こうして完
成したマルチプローブヘッド111 上に作製された各プロ
ーブ先端のたわみに対する弾性定数は、０．０１Ｎ／ｍ
程度となる。また、各カンチレバーの反りや各プローブ
の高さのプロセス誤差などを考慮すると、マルチプロー
ブ支持部材を基準にした各プローブ先端の高さ方向の位
置ばらつきは１μｍ程度となる。なお、記録媒体101 と
しても、表面のうねりが１μｍ程度以下まで小さくされ
たものを用いる。

【００５０】（２）横方向駆動素子112 ，縦方向駆動素
子113 および位置制御回路114 横方向駆動素子112 は、位置制御回路114 の出力信号に
よって駆動され、マルチプローブヘッド111 を図示Ｘ軸
方向，Ｙ軸方向およびθ方向に移動させる。また、縦方
向駆動素子113 は、位置制御回路114 の出力信号によっ
て駆動され、記録媒体101 を図示Ｚ軸方向に移動させ
る。

【００５１】（３）記録用電圧印加回路115 および切替
回路116 記録用電圧印加回路115 は、各プローブと記録媒体101
との間に記録用電圧を印加するためのものであり、ま
た、切替回路116 は、記録用電圧印加回路115 から出力
される記録用電圧を所定のプローブにのみ印加するため
のものである。

【００５２】（４）検出電流信号処理回路117 および制
御コンピュータ118 と 検出電流信号処理回路117 は、各プローブと記録媒体10
1 との間に流れる電流の大きさを検出して、再生信号を
作成する。制御コンピュータ118 は、位置制御回路114
と検出電流信号処理回路117 と切替回路116 とをそれぞ
れ制御するためのものである。

【００５３】（５）レーザ光源121 ，レンズ122 ，ポリ
ゴンミラー123 ，回転速度制御回路124 ，位置検出素子
125 および位置検出信号処理回路126 レーザ光源121 は、レーザ光Ｌを発するためのものであ
る。レンズ122 は、レーザ光源121 から発せられたレー
ザ光Ｌを各プローブのカンチレバー上に集光させるため
のものである。ポリゴンミラー123 は、レンズ122 で集
光されたレーザ光Ｌを各プローブのカンチレバー上で順
次走査させるためのものである。回転速度制御回路124
は、ポリゴンミラー123 の回転を制御するとともに、レ
ーザ光Ｌの走査位置（すなわち、どのプローブのカンチ
レバーにレーザ光Ｌを照射しているかの情報）を出力す
るものである。位置検出素子125 は、レーザー光Ｌが照
射されたプローブの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ためのものである。位置
検出信号処理回路126 は、回転速度制御回路124 の出力
信号（レーザ光Ｌの走査位置を示す信号）および位置検
出素子125 の出力信号（位置検出信号）から、レーザー
光Ｌが照射されたプローブのカンチレバーの特定とその
カンチレバーの図示Ｚ軸方向の変位量（たわみ量）の検
出とを行うためのものである。

【００５４】次に、マルチプローブヘッド111 と記録媒
体101 との間の距離調整について詳しく説明する。

【００５５】マルチプローブヘッド111 と記録媒体101
との間の図示Ｚ軸方向の相対距離は、縦方向駆動素子11
3 によって制御される。すなわち、たとえば図示左端の
プローブ111₁₁ を記録媒体101 に１ｎｍ以下の距離まで
近づけると、プローブ111₁₁と記録媒体101 との間に作
用力が生じ、この作用力によって、プローブ111₁₁ を支
持する弾性体からなるカンチレバー131₁₁ にたわみが生
じる。このたわみ量は、作用力の大きさに比例する。し
たがって、各カンチレバーのたわみ量を検知しながら、
縦方向駆動素子113 を用いてマルチプローブヘッド111
と記録媒体101との距離および傾きを調整することによ
って、すべてのプローブと記録媒体101との間に所定の
大きさの作用力をそれぞれ生じさせることができ、か
つ、その各作用力の大きさのばらつきを一定の範囲内に
抑えることができる。なお、各カンチレバーのたわみ量
は、以下に示す方法により検知される。

【００５６】レーザ光源121 から発せられたレーザ光Ｌ
をレンズ122 によって集光したのち、回転速度制御回路
124 により制御されて回転しているポリゴンミラー123
に入射させる。ポリゴンミラー123 の回転により、レー
ザ光Ｌは各プローブのカンチレバーの裏面を走査する。
このとき、ポリゴンミラー123 を図示矢印方向に回転す
ることにより、紙面と垂直方向に並設された各プローブ
のカンチレバーをも走査する。カンチレバーの裏面から
の反射光を位置検出素子125 で検出する。ここで、各カ
ンチレバーの長さをｄ₁ とし、カンチレバーの裏面から
位置検出素子125 までの距離をｄ₂ とすると，カンチレ
バーの先端でたわみ量△Ｚのたわみが生じたときには、
位置検出素子125 上の光スポットは、距離 ２×（ｄ₂／ｄ₁）×△Ｚ だけずれる。したがって、位置検出素子125 の出力信号
を基にして位置検出信号処理回路126 で位置検出素子12
5 上の光スポットの位置ずれを検出することにより、カ
ンチレバーの先端のたわみ量ΔＺを検知することができ
る。このとき、ポリゴンミラー123 によってレーザ光Ｌ
を走査することにより、各カンチレバーの先端のたわみ
量を時分割で順次検知することができる。

【００５７】次に、記録再生装置110 の記録再生動作に
ついて詳しく説明する。

【００５８】記録は、各プローブが上述のようにして記
録媒体101 にそれぞれ近接されて行われる。すなわち、
記録動作では、横方向位置制御信号が位置制御回路114
から横方向駆動素子112 に送られることにより、各プロ
ーブの先端が記録媒体101 上の所望の記録位置に移動さ
れる。その後、所定の記録用電圧が、切替回路116 によ
って選択されたプローブに、記録用電圧印加回路115 か
ら印加される。このとき、少なくとも記録用電圧が印加
さている期間では分子接触状態が得られるように、制御
コンピュータ119 は、位置検出信号処理回路126 からの
信号（すなわち、各カンチレバーのたわみ量）より位置
制御回路114 を制御して、各プローブと記録媒体101 と
の間の相対距離を接近させるように縦方向駆動素子113
を駆動させる。なお、記録媒体101 および記録信号とし
ては、上述した第１の実施例と同様のものを用いた。一
方、再生動作では、二次元走査を行った状態で、各プロ
ーブと記録媒体101 との間に流れる電流の大きさを検出
電流信号処理回路118 で検出して、再生信号を得る。

【００５９】記録媒体101 および記録電圧（電流）条件
などを選ぶことによって、局所的な形状変化を生じる記
録方式を適用することも可能であり、この場合には、記
録位置でのカンチレバーのたわみ量（すなわち、位置検
出信号処理回路126 の出力信号）から再生信号を作成す
ることができる。

【００６０】以上の構成の記録再生装置110 を用いて記
録再生実験を行った結果、記録時に積極的にプローブを
記録媒体101 に分子接触させることによって、たとえば
プローブと記録媒体101 との間に生じる作用力を５×１
０^-8Ｎ〜１×１０^-7Ｎ以上としたとき、再現性（ビット
位置精度，形状および記録確率）の高い記録ビットの形
成が行えることが明らかとなった。ただし、記録層の厚
さが二層の試料に関しては、１×１０^-8Ｎ程度の分子接
触条件でも安定な記録が実現される場合もあった。

【００６１】本発明の記録再生方法および記録再生装置
は、上述した第１の実施例および第２の実施例に限定さ
れるものではなく、記録媒体の表面やプローブの先端に
塑性変形が生じない程度に、かつ、プローブの先端が微
小領域で記録媒体の表面に分子接触している状態で、プ
ローブと記録媒体との間を流れる電流を大きくし、記録
プロセスが実行されるものであればよい。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次の効果を奏する。 （１）微小でかつ形状の揃った記録ビットを再現性よく
形成することができる。 （２）プローブを記録媒体に分子接触するまで相対的に
接近させる方法および手段を従来のこの種の記録再生装
置に併設することは極めて容易であり、記録プロセスや
記録機構の複雑化および大型化を招くことなく本発明を
適用することができる。 （３）記録時のエラーレートの低減および記録ビットの
位置精度が高いことは、記録フォーマットや再生方式，
再生機構や再生回路の単純化を可能とすることから、記
録再生装置全体の簡易化が達成され、高速化，小型化お
よび低価格化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録再生装置の第１の実施例を示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示した記録再生装置の動作を説明するた
めの図である。

【図３】図１に示した記録再生装置におけるプローブの
Ｘ軸方向の走査とプローブのＺ軸方向への移動のタイミ
ングの各例を示す図であり、（Ａ）はプローブを走査し
ながらプローブを移動する例を示す図、（Ｂ）はプロー
ブを記録層に接触するまで移動する際にはプローブの走
査を停止する例を示す図、（Ｃ）はプローブを移動する
際にはプローブの走査を停止する例を示す図である。

【図４】本発明の記録再生装置の第２の実施例を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１，101 記録媒体 １₁ 基板 １₂ 下地電極 １₃ 記録層 １０，110 記録再生装置 １１ プローブ １２ ピエゾアクチュエータ １３ ＸＹステージ １４ 電流電圧変換回路 １５ サンプルホールド回路 １６ サーボ回路 １７ ドライブ回路 １８ 書込みタイミング回路 １９ バイアス発生回路 ２０ ＸＹ走査回路 ２１ オフセット発生回路 ２２ データ変調回路 ２３ データ復調回路 111 マルチプローブヘッド 111₁₁〜111₃₃ プローブ 112 横方向駆動素子 113 縦方向駆動素子 114 位置制御回路 115 記録用電圧印加回路 116 切替回路 117 検出電流信号処理回路 118 制御コンピュータ 121 レーザ光源 122 レンズ 123 ポリゴンミラー 124 回転速度制御回路 125 位置検出素子 126 位置検出信号処理回路 131₁₁〜131₃₃ カンチレバー 132₁₁〜132₃₃ ティップ Ｘ，Ｙ，Ｚ 軸

フロントページの続き (72)発明者 紫藤 俊一 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 (72)発明者 黒田 亮 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 (72)発明者 畑中 勝則 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 (56)参考文献 特開 平１−245445（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−44618（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−162580（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 9/14

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体とプローブを相対的に移動させ
   ながら該記録媒体と該プローブとの間の物理的相互作用
   により生じる信号を利用して該記録媒体に記録情報を記
   録するとともに該記録された記録情報を再生する記録再
   生方法において、 前記記録媒体に前記記録情報を記録する期間では、該記
   録媒体に前記プローブを分子接触させ、それ以外の期間
   では前記プローブと前記記録媒体を分子接触させずに移
   動させることを特徴とする記録再生方法。
2. 【請求項２】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
   させたときの該記録媒体と該プローブとの間の接触抵抗
   値を１ＭΩ以下とすることを特徴とする請求項１記載の
   記録再生方法。
3. 【請求項３】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
   させたときの該記録媒体と該プローブとの間の接触抵抗
   値を１００ｋΩ以下とすることを特徴とする請求項２記
   載の記録再生方法。
4. 【請求項４】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
   させる期間では、該記録媒体と該プローブとの間に１０
   ^-8Ｎ以上の作用力が生じる程度までに、該記録媒体と該
   プローブとを接近させることを特徴とする請求項１記載
   の記録再生方法。
5. 【請求項５】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
   させる期間では、該記録媒体と該プローブとの間に１０
   ^-7Ｎ以上の作用力が生じる程度までに、該記録媒体と該
   プローブとを接近させることを特徴とする請求項４記載
   の記録再生方法。
6. 【請求項６】 前記記録媒体に前記記録情報を記録する
   期間以外の期間での該記録媒体と前記プローブとの距離
   をＺ⁰ ｎｍとしたとき、該記録媒体に前記記録情報を記
   録する期間では、該記録媒体と前記プローブとを（Ｚ⁰
   −４） ｎｍ以上接近させることを特徴とする請求項１
   記載の記録再生方法。
7. 【請求項７】 前記記録媒体に前記記録情報を記録する
   期間では、該記録媒体と前記プローブとをＺ⁰ ｎｍ以上
   （Ｚ⁰＋３） ｎｍ以下だけ接近させることを特徴とする
   請求項６記載の記録再生方法。
8. 【請求項８】 記録媒体とプローブを相対的に移動させ
   ながら該記録媒体と該プローブとの間の物理的相互作用
   により生じる信号を利用して該記録媒体に記録情報を記
   録するとともに該記録された記録情報を再生する記録再
   生装置において、 前記プローブを前記記録媒体の表面に対して垂直方向に
   移動させるプローブ移動手段と、 該プローブ移動手段を駆動する駆動手段とを含み、 該駆動手段が、前記記録媒体に前記記録情報を記録する
   期間では該記録媒体に前記プローブを分子接触させるよ
   う前記プローブ移動手段を駆動し、それ以外の期間では
   前記プローブと前記記録媒体を分子接触させずに移動さ
   せることを特徴とする記録再生装置。
9. 【請求項９】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
   させたときに該記録媒体と該プローブとの間に流れる電
   流を１μＡ以下に制限する電流制限手段をさらに含むこ
   とを特徴とする請求項８記載の記録再生装置。
10. 【請求項１０】 前記電流制限手段が、前記電流の経路
    に設けられた抵抗素子であることを特徴とする請求項９
    記載の記録再生装置。
11. 【請求項１１】 前記抵抗素子の抵抗値が、１ＭΩ以下
    であることを特徴とする請求項１０記載の記録再生装
    置。