JP2000090503A

JP2000090503A - 記録再生装置の位置決め機構、及びトラッキング機構

Info

Publication number: JP2000090503A
Application number: JP10331987A
Authority: JP
Inventors: Junichi Seki; 淳一関; Shunichi Shito; 俊一紫藤; Susumu Yasuda; 進安田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】記録媒体に物理的な加工を行うことなく、数〜
数十ｎｍオーダーで、記録再生と同じ原理、機構を用い
て、再現性の高い位置制御が可能な記録再生装置の位置
決め機構、及びトラッキング機構を提供する。【解決手段】複数本のプローブで構成された位置検出プ
ローブ又はトラッキングプローブと、前記位置検出プロ
ーブと相対し、位置検出プローブと相対動作する記録媒
体と、位置検出プローブ又はトラッキングプローブにお
ける複数本のプローブの間隔と異なる間隔を有する複数
のマーカーによって構成された位置決めマーカー又はト
ラッキングマーカーと、位置検出プローブによる位置決
めマーカー又はトラッキングマーカーの有無の検出に基
づく出力に応じた制御信号を出力する制御信号出力手段
と、制御信号によって、記録媒体とプローブの相対位置
を制御する制御手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＳＰＭ（走査型プロ
ーブ顕微鏡）の原理を用いた位置決め機構、及び高密度
・大容量メモリ装置における記録再生装置のトラッキン
グ機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、導体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．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、単結晶、多
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
になった。以来、先端の尖ったプローブを走査すること
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電子径有機
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ＳＰＭで行う方法が開示されている。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、１
０¹²ｂｉｔ／ｃｍ²の記録密度を持つ情報処理装置が実
現できる。

【０００３】一般に、媒体上に記録された情報を読み出
す場合には、媒体上の情報列に沿って情報読み出し用の
プローブを相対移動させる必要がある。そのためには、
何らかの方法で情報列の位置を知り、その位置にプロー
ブを移動させることが必要となる。まず、情報列の位置
を検出する方法として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。

【０００４】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体層で形成して、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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平１−１０７３４１号公報や特開平１−１３３２
３９号公報に開示されているような媒体上に物理トラッ
クを作成する方法は、物理トラックを設ける工程が必要
になり記録媒体の作成工程が複雑になることや、物理的
な加工を行うために、記録媒体や、その基板の材質に対
する制限が問題となる。

【０００６】そこで、本発明は上記した記録再生装置の
課題を解決し、記録媒体に物理的な加工を行うことな
く、数〜数十ｎｍオーダーで、記録再生と同じ原理、機
構を用いて、再現性の高い位置制御が可能な記録再生装
置の位置決め機構、及びトラッキング機構を提供するこ
とを目的とする。

【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、記録再生装置の位置決め機構、及びトラッ
キング機構を、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、本発明の位置決め機構は、記録
媒体上をプローブで相対走査して該記録媒体上に情報を
記録し、または該記録媒体から情報を再生する記録再生
装置の位置決め機構において、複数本のプローブで構成
された位置検出プローブと、前記位置検出プローブと相
対し、該位置検出プローブと相対動作する記録媒体と、
前記位置検出プローブにおける複数本のプローブの間隔
と、異なる間隔を有する複数のマーカーによって構成さ
れた位置決めマーカーと、前記位置検出プローブによる
位置決めマーカーの有無の検出に基づく出力に応じた制
御信号を出力する制御信号出力手段と、前記制御信号に
よって、前記記録媒体と前記プローブの相対位置を制御
する制御手段と、を有することを特徴としている。ま
た、本発明の位置決め機構は、前記位置検出プローブの
長手方向が互いに直交する向きに配置されてなる二つ以
上の位置検出プローブを備え、該二つ以上の位置検出プ
ローブにおける一方の位置検出プローブと相対している
位置決めマーカーの向きと、他方の位置検出プローブと
相対している位置決めマーカーの向きとが、互いに直交
していることを特徴としている。また、本発明の位置決
め機構は、前記位置決めマーカーが、互いに平行な直線
状の形状を有することを特徴としている。また、本発明
の位置決め機構は、前記位置決めマーカーが、記録ビッ
トであることを特徴としている。また、本発明の位置決
め機構は、前記記録ビットを線状に並べ、直線状の形状
を有する位置決めマーカーを形成したことを特徴として
いる。また、本発明の位置決め機構は、前記位置決めマ
ーカーが、前記位置検出プローブを用いて形成されるこ
とを特徴としている。また、本発明の位置決め機構は、
前記制御信号出力手段は、前記位置検出プローブによる
位置決めマーカーの有無の検出に基づく出力に応じた制
御信号を出力する信号検出手段と、前記信号検出手段の
出力を、前記位置検出プローブの位置決め目標からの位
置に応じて演算する演算手段と、を有することを特徴と
している。また、本発明の位置決め機構は、前記演算手
段は、前記信号検出手段からの出力信号に対して、前記
位置検出プローブの位置決め目標からの位置に応じた符
号をつけて、加算することを特徴としている。また、本
発明の位置決め機構は、前記演算手段は、前記信号検出
手段からの出力信号に対して、前記位置検出プローブの
位置決め目標からの位置に応じた係数をかけた上で、加
算することを特徴としている。また、本発明の位置決め
機構は、前記制御信号出力手段は、過去の信号の履歴を
積分する積分手段と、信号を増幅し制御信号として出力
する増幅手段とを有することを特徴としている。また、
本発明のトラッキング機構は、記録媒体上をプローブで
相対走査して該記録媒体上に情報を記録し、または該記
録媒体から情報を再生する記録再生装置のトラッキング
機構において、複数本のプローブで構成されたトラッキ
ングプローブと、前記トラッキングプローブと相対し、
該トラッキングプローブと相対動作する記録媒体と、前
記トラッキングプローブにおける複数本のプローブの間
隔と、異なる間隔を有する複数のマーカーによって構成
されたトラッキングマーカーと、前記トラッキングプロ
ーブによるトラッキングマーカーの有無の検出に基づく
出力に応じた制御信号を出力する制御信号出力手段と、
前記制御信号によって、前記記録媒体と前記プローブの
相対位置を制御する制御手段と、を有することを特徴と
している。また、本発明のトラッキング機構は、前記ト
ラッキングマーカーが平行移動することで互いに重なり
合う線状の形状を有することを特徴としている。また、
本発明のトラッキング機構は、前記トラッキングマーカ
ーが記録ビットであることを特徴としている。また、本
発明のトラッキング機構は、前記記録ビットを線状に並
べ、直線状の形状を有するトラッキングマーカーを形成
したことを特徴としている。また、本発明のトラッキン
グ機構は、前記トラッキングマーカーが、前記トラッキ
ングプローブを用いて形成されることを特徴としてい
る。また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号
出力手段は、前記トラッキングプローブによるトラッキ
ングマーカーの有無の検出に基づく出力に応じた制御信
号を出力する信号検出手段と、前記信号検出手段の出力
を、前記トラッキングプローブのトラッキング目標から
の位置に応じて演算する演算手段と、を有することを特
徴としている。また、本発明のトラッキング機構は、前
記信号検出手段からの出力信号に対して、前記トラッキ
ングプローブのトラッキング目標からの位置に応じた符
号をつけて、加算することを特徴としている。また、本
発明のトラッキング機構は、前記信号検出手段からの出
力信号に対して、前記トラッキングプローブのトラッキ
ング目標からの位置に応じた係数をかけた上で、加算す
ることを特徴としている。また、本発明のトラッキング
機構は、前記制御信号出力手段は、過去の信号の履歴を
積分する積分手段と、信号を増幅し制御信号として出力
する増幅手段とを有することを特徴としている。また、
本発明は、上記した本発明のいずれかの記録再生装置の
位置決め機構によって、トラッキング機構を兼ねるよう
に構成したことを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、上記構成により、記録
媒体に物理的な加工を行うことなく、数〜数十ｎｍオー
ダーで、記録再生と同じ原理、機構を用いて、再現性の
高い位置制御が可能な記録再生装置の位置決め機構、及
びトラッキング機構を実現することができる。また、本
発明においては、プローブ間隔とビット間隔をずらして
記録媒体上に位置決めマーカーを生成し、どのプローブ
がマーカー上にあるかを検出することにより、高精度の
位置決めが可能となる。また、本発明においては、位置
決めマーカー検出信号の有無のみにより、位置決めを行
うため、ノイズに強い位置決め制御系の構築が可能とな
る。また、本発明においては、位置決めに用いるプロー
ブの数を増やすことにより、より広範囲の位置決めが可
能となる。また、本発明においては、記録媒体上を位置
検出プローブで走査し、前記位置決め動作を行いなが
ら、これをトラッキング手段をも兼ねさせることが可能
となり、単純な構成で両機能を実現することができる。
さらに、記録媒体に対して、物理的な加工を施さず、記
録再生原理そのものによって、位置決め及びトラッキン
グが行われるため、記録再生機構と位置決め及びトラッ
キング機構との一体成形が容易であり、マーカーを位置
決め機構自身で形成することが可能となり、また、記録
媒体の材質に対する制限も小さくなる。

【０００９】図５を用いて、本発明の実施の形態につい
て説明する。導電性を有する基板５０１上の記録層５０
２からなる記録媒体５０３に対し、先端に設けられてい
る探針５０４が接触するように、複数のプローブ５０５
が配置されている。各プローブ５０５において、探針５
０４は、たわむ様に弾性変形を生じる弾性体５０６によ
り支持されている。ここで、弾性体５０６の弾性変形の
弾性定数が約０．１［Ｎ／ｍ］、弾性変形量が約１［μ
ｍ］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。

【００１０】制御コンピュータ５１４により制御された
位置制御回路５１３からの位置制御信号を受け、ｘｙｚ
駆動機構５０７により、記録媒体５０３に取り付けられ
たｘｙｚステージ５０８が駆動され、プローブ５０５と
記録媒体５０３とは相対的に３次元方向に移動する。記
録媒体５０３に対し、プローブにおける探針５０４のｘ
ｙ方向及びｚ方向位置を調節し、探針５０４先端が記録
媒体５０３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５０５が位置合せされ
る。上記の記録再生装置において記録媒体５０３に対し
プローブ５０５を走査する際、プローブ５０５上の探針
５０４先端は記録媒体５０３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５０４先端を
記録媒体５０３に対し接触させたまま走査する場合に、
記録媒体５０３の表面に凹凸があっても、弾性体５０６
の弾性変形によりこれを吸収するため、探針５０４先端
と記録媒体５０３表面の接触力はほぼ一定に保たれ、探
針５０４先端や記録媒体５０３表面が破壊することを避
けられる。この方式は個々のプローブをｚ方向に位置合
せするピエゾ素子等の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。

【００１１】また、記録媒体５０３に対する個々のプロ
ーブ５０５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５０３に対するプローブ５０５の
高速走査が可能となる。制御コンピュータ５１４により
制御された記録制御回路５１１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５０９を
通し、各探針５０４から記録媒体５０３に印加される。
このようにして、記録層５０２の探針５０４先端が接触
する部分に局所的に記録が行われる。

【００１２】上述の装置における記録層５０２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６３−１６
１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３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（＝Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔ
ｔｅ法により作成された有機単分子膜の累積膜）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。

【００１３】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→結晶質への相転
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、ＣａＡｓ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。

【００１４】さて、上述のように記録が行われたビット
の再生は次のように行う。スイッチ５０９により、各プ
ローブ５０５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５１０により、探針５０４と基板
５０１との間にバイアス電圧を印加し、間に流れる電流
を再生制御回路５１２において検出する。記録媒体５０
３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、再生制
御回路５１２において、この電流の違いを検出し、再生
信号とし、制御コンピュータ５１４に出力する。なお、
本発明においては説明のため、前述の電流が多く流れる
状態を電流が流れる、電流が少なく流れる状態を電流が
流れないと記述する。

【００１５】以下、図面を参照しながら本発明の構成と
動作について説明する。図１において、ｄは２本のプロ
ーブ１０２，１０３の間隔を示している。これに対し
て、位置決めビット１０６はプローブ間隔ｄに対してΔ
ｄだけずれた間隔で作られている。図１は、ビット列の
間隔をｄ＋ΔｄすなわちΔｄだけ広くした場合の例であ
る。もちろん、ビットの間隔をｄ−ΔｄすなわちΔｄだ
け狭くしてもかまわない。ここで、ビットの書き込まれ
た記録媒体上で複数本のプローブに、バイアス電圧を印
加すると、プローブがビット１０６上にある場合には、
プローブと記録媒体との間に電流が流れる。この電流を
モニタすることにより、どのプローブがビット１０６上
にあるかを判別することができる。

【００１６】ここで、プローブ１０３がビットの中心に
くるように位置あわせを行った場合の例を図１、３、４
を用いて説明する。図３に示すように、プローブが目標
通りの位置にある場合には、プローブ１０２，１０３，
１０４に電流が流れる。電流の流れるプローブの配置は
目標のプローブ１０３に対して対称である。しかし、ビ
ットに対して誤差が生じた場合、電流の流れるプローブ
の配置は目標のプローブ１０３に対して対称でなくな
る。例えば、図４の例では、プローブ１０３，１０４，
１０５に電流が流れる。ここで、誤差の向きに応じた極
性と電流の流れるプローブの本数に応じた大きさを持つ
信号を、演算手段を用いて出力する。これを用いて位置
あわせを行う。

【００１７】以上、プローブが５本の場合について説明
したが、プローブの本数はこれに限定されるものではな
い。位置決め精度はプローブ間隔とビット間隔の差、す
なわち前記Δｄに依存するが、位置決めできる範囲は、
Δｄが一定の場合、プローブの本数に比例して大きくな
る。すなわち、目標とする位置を選べる範囲が大きくな
る、あるいは、より大きな位置ずれに対応した位置決め
を行うことができる。

【００１８】また、電流の流れるプローブを検出するの
ではなく、電流の流れないプローブを検出して、位置あ
わせを行うことも可能であるが、この場合、位置あわせ
に用いられるプローブの配置が、位置あわせの目標に対
して、対称である必要がある。さらに、本方式を、記録
再生時のトラッキング手段として用いることも可能であ
る。例えば、図１において、図中矢印の方向に走査を行
いながら、プローブ１０１，１０２，１０４，１０５を
用いて前記位置あわせを行い、同時に、プローブ１０３
を記録再生プローブとして利用することで、トラッキン
グ機構を有する記録再生装置を構成することができる。
本発明を適用する記録再生装置は前記構成の装置に限ら
れるものではない。磁気記録再生装置、光磁気記録再生
装置等、近接場光記録再生装置等、他の記録再生装置に
も適用可能である。

【００１９】

【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及び図２を用いて、前記構成の記録再
生装置に対し、本発明のトラッキング機構を適用した実
施例１について以下に詳細な説明を行う。まず、上記装
置に対して、２００μｍ間隔で一体成形された５本のプ
ローブ群１０１，１０２，１０３，１０４，１０５を取
り付けた。全プローブの先端を記録媒体に接触させてか
ら、プローブ１０１に電圧パルスを印加した。電圧は
５．５Ｖ、印加時間は０．３μｓｅｃである。生成され
た位置合わせビットの直径は約１０ｎｍであった。この
後、プローブ群をプローブ１０１からみてプローブ１０
５の方向に４ｎｍ移動させた後、電圧パルスを印加して
位置合わせビットを生成するという動作をプローブ１０
２からプローブ１０５まで順次行った。

【００２０】次に、プローブ１０３が位置あわせビット
の直上に位置するように位置合わせ動作を行った。ここ
で、図２を用いて本実施例で用いた位置合わせ機構につ
いて説明する。５本のプローブから出力された位置あわ
せビットの電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電
圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増
幅された後、信号検出回路２０３で、プローブに通流が
流れているか検出される。信号検出回路２０３は、それ
ぞれに対応するプローブに電流が流れた場合は１、流れ
ていない場合は０の２値の信号を加算回路２０４へ出力
する。加算回路２０４では入力された信号のうち、位置
合わせ目標のプローブ１０３よりプローブ１０１側にあ
るプローブ、すなわちプローブ１０１，１０２の信号を
正負反転し、プローブ１０４，１０５の信号と共に足し
込み出力する。プローブ１０３の信号は足し込まない。
加算回路２０４の出力信号はＰＩＤフィルタ２０５を通
り、積分回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅
回路２０７で増幅され、図６におけるｘｙｚ駆動機構５
０７を制御する。プローブ群を元の位置に戻してから、
５本のプローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、そ
れぞれのプローブに流れる電流をモニタした結果、プロ
ーブ１０１，１０２に電流が流れていることが検出され
た。次に、図２に示す回路を接続した後、それぞれのプ
ローブに流れる電流をモニタした結果、プローブ１０
２，１０３，１０４に電流が流れていることが検出され
た。次にプローブ群を、位置合わせ前の位置に戻してか
ら長さ１００μｍにわたり、線速度０．１ｍｍ／ｓで直
線状に走査を行った。走査中、プローブ１０１を用い
て、２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５
Ｖ、印加時間は０．３μｓｅｃである。生成されたトラ
ッキングビットの直径は約１０ｎｍ、ビット間隔は約５
０ｎｍであった。走査終了後、プローブを走査前の位置
に戻した。次に、プローブ群をプローブ１０１からプロ
ーブ１０５の方向に４ｎｍ動かし、同様に走査を行い、
電圧パルスを印加し、走査前の位置に戻すという動作を
プローブ１０２からプローブ１０５まで繰り返して行っ
た。

【００２１】次に、プローブ１０１，１０２，１０４，
１０５を用いてトラッキングを行いながらプローブ１０
３を用いてビット列の再生動作を行った。ここで、図２
を用いて本実施例で用いた位置合わせ機構について説明
する。５本のプローブから出力された位置あわせビット
の電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に
変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅された
後、信号検出回路２０３で、プローブに電流が流れてい
るか検出される。信号検出回路２０３は、それぞれに対
応するプローブに電流が流れた場合は１、流れていない
場合は０の２値の信号を加算回路２０４へ出力する。加
算回路２０４では入力された信号のうち、位置合わせ目
標のプローブ１０３よりプローブ１０１側にあるプロー
ブ、すなわちプローブ１０１，１０２の信号を正負反転
し、プローブ１０４，１０５の信号と共に足し込み出力
する。プローブ１０３の信号は足し込まない。加算回路
２０４の出力信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分
回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０
７で増幅された後、位置制御信号と足し合わされて、図
６におけるｘｙｚ駆動機構５０７を制御する。前記ビッ
ト列の生成動作が終了した状態で、プローブ群はプロー
ブ１０５が第一番目のビットの直上にある状態にある。
そこでまず、前記位置決め方法で、プローブ１０１，１
０２，１０４，１０５を用いて、プローブ１０３が第一
番目のビットの直上に位置するよう、位置決め動作を行
った。次に、前記位置決め動作をトラッキング動作とし
て行ったまま、プローブ群で記録媒体上を線速度０．１
ｍｍ／ｓで走査して、５０往復の再生動作を行い、プロ
ーブ１０３からの再生信号をモニタした結果、再生エラ
ーは認められなかった。

【００２２】［実施例２］図６及び図７を用いて、前記
構成の記録再生装置に対し、本発明の位置決め機構を適
用した実施例２について以下に詳細な説明を行う。上記
装置に対して、２００μｍ間隔で一体成形された５本の
プローブ群を２組用意し、まず、第１の位置検出プロー
ブ群１０１，１０２，１０３，１０４，１０５を取り付
けた。次に、図６に示すように、第２の位置検出プロー
ブ群６０１，６０２，６０３，６０４，６０５を第１の
プローブ群と直交するように取り付けた。さらに、１本
の記録再生プローブ６０６を取り付けた。以上１１本の
プローブは一体となって動作するように取り付けられて
いる。ここで、全プローブの先端を記録媒体に接触させ
た。

【００２３】次に、第１の位置検出プローブ群を用い
て、位置決めビットを作成した。まず、プローブ１０１
に電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は
０．３μｓｅｃである。生成された位置合わせビットの
直径は約１０ｎｍであった。この後、全プローブを図６
中Ｘの正の方向に、７ｎｍ移動させ、同条件でパルス印
加を行った。この動作を繰り返し、計９点、位置決めビ
ットを生成し、図６に示すように帯状の位置決めビット
群を形成した。ビット群形成後、全プローブを、図６中
Ｘの負の方向に５６ｎｍ移動させた。さらに、プローブ
全体をＹの負の方向に４ｎｍ移動させるごとに、プロー
ブ１０１と同様に位置決めビット群を形成する動作をプ
ローブ１０２，１０３，１０４，１０５と順に行い、計
５列の位置決めビット群を形成した。隣り合う位置決め
ビット群の間隔は隣り合うプローブの間隔より４ｎｍ広
くなっている。以上の第１の位置検出プローブ群による
位置決めビット群の形成が終了した段階で、全プローブ
は、プローブ１０５が第１番目の位置決めビットの直上
に位置する位置にある。ここで、全プローブを図６中Ｘ
の正の方向に２０ｎｍ、Ｙの負の方向に２０ｎｍ移動さ
せた。

【００２４】次に、第２の位置検出プローブ群を用い
て、位置決めビットを作成した。まず、プローブ６０１
に電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は
０．３μｓｅｃである。生成された位置合わせビットの
直径は約１０ｎｍであった。この後、全プローブを図６
中Ｙの正の方向に、７ｎｍ移動させ、同条件でパルス印
加を行った。この動作を繰り返し、計９点、位置決めビ
ットを生成し、図６に示すように帯状の位置決めビット
群を形成した。ビット群形成後、全プローブを、図６中
Ｙの負の方向に５６ｎｍ移動させた。さらに、プローブ
全体をＸの正の方向に４ｎｍ移動させるごとに、プロー
ブ６０１と同様に位置決めビット群を形成する動作をプ
ローブ６０２，６０３，６０４，６０５と順に行い、計
５列の位置決めビット群を形成した。隣り合う位置決め
ビット群の間隔は隣り合うプローブの間隔より４ｎｍ広
くなっている。以上の第２の位置検出プローブ群による
位置決めビット群の形成が終了した段階で、全プローブ
は、プローブ６０５が第１番目の位置決めビットの直上
に位置する位置にある。ここで、全プローブを図６中Ｙ
の正の方向に２０ｎｍ移動させた。これでプローブ全体
はプローブ１０５と６０５がそれぞれの位置決めビット
群の直上に位置するようになっている。

【００２５】ここで、プローブ１０３，６０３が位置決
めビットの直上に位置するように位置合わせ動作を行っ
た。ここで、図７を用いて本実施例で用いた位置合わせ
機構について説明する。第１あるいは第２位置検出プロ
ーブ群のそれぞれ５本のプローブから出力された位置あ
わせビットの電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって
電圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ
増幅された後、信号検出回路２０３で、プローブに電流
が流れているか検出される。信号検出回路２０３は、そ
れぞれに対応するプローブに電流が流れた場合は１、流
れていない場合は０の２値の信号を加算回路２０４へ出
力する。加算回路２０４では入力された信号のうち、例
えば、プローブ１０３が位置合わせビットの直上に位置
するように、位置合わせを行う場合、プローブ１０３よ
りプローブ１０１側にあるプローブ、すなわちプローブ
１０１，１０２の信号を正負反転し、プローブ１０４，
１０５の信号と共に足し込み出力する。プローブ１０３
の信号は足し込まない。加算回路２０４の出力信号はＰ
ＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路２０６で過去の履
歴と足し合わされ、増幅回路２０７で増幅され、図６に
おけるｘｙｚ駆動機構５０７を制御する。

【００２６】図７に示す回路を接続し、第１及び第２の
位置検出プローブ群の１０本のプローブに１．５Ｖのバ
イアス電圧を印加した。その後、それぞれのプローブに
流れる電流をモニタした結果、プローブ１０２，１０
３，１０４，６０２，６０３，６０４に電流が流れてい
ることが検出された。これにより、目標位置に位置決め
が行われたことを確認した。ここで、記録再生プローブ
６０６に電圧パルスを印加して、記録ビット６０７を生
成した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３μｓｅｃで
ある。生成された記録ビット６０７の直径は約１０ｎｍ
であった。ここで、記録再生プローブ６０６に１．５Ｖ
のバイアス電圧を印加したところ、プローブ６０６に電
流が流れていることが、電流検出回路２０３で検出され
た。

【００２７】次に、全プローブのバイアス電圧を切って
から、図７に示す回路を接続したまま、プローブ全体を
図６中Ｘの正の方向に１０ｎｍ、Ｙの正の方向に１０ｎ
ｍ移動させた。ここで、記録再生プローブ６０６に１．
５Ｖのバイアス電圧を印加したところ、電流は流れなか
った。記録再生プローブ６０６のバイアス電圧を切った
後、第１、第２の位置検出プローブ群の全１０本の位置
検出プローブに、１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、プ
ローブ１０３，６０３がそれぞれの位置決めビット群の
直上に位置するように、位置合わせを行った。次に、記
録再生プローブ６０６に１．５Ｖのバイアス電圧を印加
したところ、プローブ６０６に電流が流れていることが
検出され、プローブ６０６が記録ビット６０７を生成し
た位置に再び位置あわせされた事が確認された。

【００２８】［実施例３］図８、図９、及び図１０を用
いて、前記構成の記録再生装置に対し、本発明の位置決
め及びトラッキング機構を適用した実施例３について以
下に詳細な説明を行う。上記装置に対して、２００μｍ
間隔で一体形成された２１本のプローブ群を用意し、ト
ラッキング及び記録再生プローブ群として、図８に示す
ように取り付けた。この２１本のプローブのうち１１本
の奇数番目のプローブは記録再生プローブ６０６、１０
本の偶数番目のプローブはトラッキングプローブ８０
１，８０２として用いられる。また、本装置に用いられ
る前記記録媒体には、電子線描画装置によって、線状の
形状を持つトラッキングマーカー８０３を書き込んだ。
トラッキングマーカー８０３は幅１２ｎｍ、長さ１１０
μｍで、隣り合うトラッキングプローブの間隔より６ｎ
ｍ広い間隔で平行に１０本並んでいる。

【００２９】ここで、６番目の記録再生プローブがトラ
ッキングマーカー群の中央に位置するように位置合わせ
動作を行った。ここで、図９を用いて本実施例で用いた
位置合わせ機構について説明する。１０本のトラッキン
グプローブから出力されたトラッキングマーカーの電流
信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に変換さ
れ、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅された後、信
号検出回路２０３で、プローブに電流が流れているか検
出される。信号検出回路２０３は、それぞれに対応する
プローブに電流が流れた場合は１、流れていない場合は
０の２値の信号を加算回路２０４へ出力する。加算回路
２０４では入力された信号のうち、例えば、６番目の記
録再生プローブがトラッキングマーカー群の中央に位置
するように、位置合わせを行う場合、図１０に示す係数
をかけてから、全トラッキングプローブの信号検出回路
からの出力を足し込み出力する。重み付け加算回路９０
１の出力信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路
２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０７で
増幅され、図６におけるｘｙｚ駆動機構５０７を制御す
る。

【００３０】図９に示す回路を接続し、全トラッキング
プローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、位置合わ
せを行った。次に、前記位置決め動作を用いてトラッキ
ングを行いながら、記録再生プローブ群を用いて記録動
作を行った。長さ１００μｍにわたり、線速度０．１ｍ
ｍ／ｓで直線状に走査を行う。走査中、１１本の記録再
生プローブを用いて、あらかじめ用意したデータに合わ
せて、各プローブ最大２０４８回電圧パルスを印加し
た。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３μｓｅｃであ
る。生成されたデータビットの直径は約１０ｎｍ、ビッ
ト間隔は約５０ｎｍであった。さらに、プローブ全体を
元の位置に戻してから、前記位置決め動作を用いてトラ
ッキングを行いながら記録再生プローブ群を用いてデー
タビット列の再生動作を行った。全プローブに１．５Ｖ
のバイアス電圧を印加し、線速度２ｍｍ／ｓで、長さ１
００μｍにわたり、走査を行った。走査中、全記録再生
プローブの再生信号をモニタした。５０往復の再生動作
を行った結果、再生エラーは認められなかった。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、上記した構成により、
記録媒体に物理的な加工を行うことなく、数〜数十ｎｍ
オーダーで、記録再生と同じ原理、機構を用いて、再現
性の高い位置制御が可能な記録再生装置の位置決め機
構、及びトラッキング機構を実現することができる。ま
た、本発明においては、プローブ間隔とビット間隔をず
らして記録媒体上に位置決めマーカーを生成し、どのプ
ローブがマーカー上にあるかを検出することにより、高
精度の位置決めが可能となる。また、本発明において
は、位置決めマーカー検出信号の有無のみにより、位置
決めを行うことができるため、ノイズに強い位置決め制
御系の構築が可能となる。また、本発明においては、位
置決めに用いるプローブの数を増やすことにより、より
広範囲の位置決めが可能となる。また、本発明において
は、位置決め機構によってトラッキング機構を兼ねるよ
うに構成することが可能なため、単純な構成で両機能を
実現することができる。また、本発明においては、記録
媒体に対して、物理的な加工を施さず、記録再生原理そ
のものによって、位置決め及びトラッキングが行うこと
ができ、記録再生機構と位置決め及びトラッキング機構
との一体成形が容易となり、マーカーを位置決め機構自
身で形成することができ、さらに、記録媒体の材質に対
する制限も小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を説明する図である。

【図２】本発明の実施例１の位置決め及びトラッキング
機構を説明する図である。

【図３】本発明の位置決め及びトラッキング機構の原理
を説明する図である。

【図４】本発明の位置決め及びトラッキング機構の原理
を説明する図である。

【図５】本発明を適用する記録再生装置の全体構成を説
明する図である。

【図６】本発明の実施例２を説明する図である。

【図７】本発明の実施例２の位置決め機構を説明する図
である。

【図８】本発明の実施例３を説明する図である。

【図９】本発明の実施例３の位置決め及びトラッキング
機構を説明する図である。

【図１０】本発明の実施例３の重み付け加算回路におけ
る係数を表す図である。

【符号の説明】

１０１：位置検出プローブ１１０２：位置検出プローブ２１０３：位置検出プローブ３１０４：位置検出プローブ４１０５：位置検出プローブ５１０６：位置決めビット２０１：Ｉ／Ｖ変換回路２０２：増幅回路２０３：信号検出回路２０４：加算回路２０５：ＰＩＤフィルタ２０６：積分回路２０７：増幅回路５０１：基板５０２：記録層５０３：記録媒体５０４：探針５０５：プローブ５０６：弾性体５０７：ｘｙｚ駆動機構５０８：ｘｙｚ駆動ステージ５０９：切り替えスイッチ５１０：バイアス印加手段５１１：記録制御回路５１２：再生制御回路５１３：位置制御回路５１４：制御コンピュータ６０１：位置検出プローブ６６０２：位置検出プローブ７６０３：位置検出プローブ８６０４：位置検出プローブ９６０５：位置検出プローブ１０６０６：記録再生プローブ６０７：記録ビット８０１：トラッキングプローブ１８０２：トラッキングプローブ１０８０３：トラッキングマーカー９０１：重み付け加算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体上をプローブで相対走査して該記
録媒体上に情報を記録し、または該記録媒体から情報を
再生する記録再生装置の位置決め機構において、複数本のプローブで構成された位置検出プローブと、前記位置検出プローブと相対し、該位置検出プローブと
相対動作する記録媒体と、前記位置検出プローブにおける複数本のプローブの間隔
と、異なる間隔を有する複数のマーカーによって構成さ
れた位置決めマーカーと、前記位置検出プローブによる位置決めマーカーの有無の
検出に基づく出力に応じた制御信号を出力する制御信号
出力手段と、前記制御信号によって、前記記録媒体と前記プローブの
相対位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とする記録再生装置の位置決め機
構。
【請求項２】前記位置検出プローブの長手方向が互いに
直交する向きに配置されてなる二つ以上の位置検出プロ
ーブを備え、該二つ以上の位置検出プローブにおける一
方の位置検出プローブと相対している位置決めマーカー
の向きと、他方の位置検出プローブと相対している位置
決めマーカーの向きとが、互いに直交していることを特
徴とする請求項１に記載の記録再生装置の位置決め機
構。
【請求項３】前記位置決めマーカーが、互いに平行な直
線状の形状を有することを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の記録再生装置の位置決め機構。
【請求項４】前記位置決めマーカーが、記録ビットであ
ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１
項に記載の記録再生装置の位置決め機構。
【請求項５】前記記録ビットを線状に並べ、直線状の形
状を有する位置決めマーカーを形成したことを特徴とす
る請求項４に記載の記録再生装置の位置決め機構。
【請求項６】前記位置決めマーカーが、前記位置検出プ
ローブを用いて形成されることを特徴とする請求項１か
ら請求項５のいずれか１項に記載の記録再生装置の位置
決め機構。
【請求項７】前記制御信号出力手段は、前記位置検出プ
ローブによる位置決めマーカーの有無の検出に基づく出
力に応じた制御信号を出力する信号検出手段と、前記信号検出手段の出力を、前記位置検出プローブの位
置決め目標からの位置に応じて演算する演算手段と、を
有することを特徴とする請求項１に記載の記録再生装置
の位置決め機構。
【請求項８】前記演算手段は、前記信号検出手段からの
出力信号に対して、前記位置検出プローブの位置決め目
標からの位置に応じた符号をつけて、加算することを特
徴とする請求項７に記載の記録再生装置の位置決め機
構。
【請求項９】前記演算手段は、前記信号検出手段からの
出力信号に対して、前記位置検出プローブの位置決め目
標からの位置に応じた係数をかけた上で、加算すること
を特徴とする請求項７に記載の記録再生装置の位置決め
機構。
【請求項１０】前記制御信号出力手段は、過去の信号の
履歴を積分する積分手段と、信号を増幅し制御信号とし
て出力する増幅手段とを有することを特徴とする請求項
１に記載の記録再生装置の位置決め機構。
【請求項１１】記録媒体上をプローブで相対走査して該
記録媒体上に情報を記録し、または該記録媒体から情報
を再生する記録再生装置のトラッキング機構において、複数本のプローブで構成されたトラッキングプローブ
と、前記トラッキングプローブと相対し、該トラッキングプ
ローブと相対動作する記録媒体と、前記トラッキングプローブにおける複数本のプローブの
間隔と、異なる間隔を有する複数のマーカーによって構
成されたトラッキングマーカーと、前記トラッキングプローブによるトラッキングマーカー
の有無の検出に基づく出力に応じた制御信号を出力する
制御信号出力手段と、前記制御信号によって、前記記録媒体と前記プローブの
相対位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とする記録再生装置のトラッキング
機構。
【請求項１２】前記トラッキングマーカーが平行移動す
ることで互いに重なり合う線状の形状を有することを特
徴とする請求項１１に記載のトラッキング機構。
【請求項１３】前記トラッキングマーカーが記録ビット
であることを特徴とする請求項１１に記載のトラッキン
グ機構。
【請求項１４】前記記録ビットを線状に並べ、直線状の
形状を有するトラッキングマーカーを形成したことを特
徴とする請求項１３に記載のトラッキング機構。
【請求項１５】前記トラッキングマーカーが、前記トラ
ッキングプローブを用いて形成されることを特徴とする
トラッキング機構。
【請求項１６】前記制御信号出力手段は、前記トラッキ
ングプローブによるトラッキングマーカーの有無の検出
に基づく出力に応じた制御信号を出力する信号検出手段
と、前記信号検出手段の出力を、前記トラッキングプローブ
のトラッキング目標からの位置に応じて演算する演算手
段と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の記
録再生装置のトラッキング機構。
【請求項１７】前記信号検出手段からの出力信号に対し
て、前記トラッキングプローブのトラッキング目標から
の位置に応じた符号をつけて、加算することを特徴とす
る請求項１６に記載の記録再生装置のトラッキング機
構。
【請求項１８】前記信号検出手段からの出力信号に対し
て、前記トラッキングプローブのトラッキング目標から
の位置に応じた係数をかけた上で、加算することを特徴
とする請求項１６に記載の記録再生装置のトラッキング
機構。
【請求項１９】前記制御信号出力手段は、過去の信号の
履歴を積分する積分手段と、信号を増幅し制御信号とし
て出力する増幅手段とを有することを特徴とする請求項
１１に記載の記録再生装置のトラッキング機構。
【請求項２０】請求項１から請求項１０のいずれか１項
に記載の記録再生装置の位置決め機構によって、トラッ
キング機構を兼ねるように構成したことを特徴とする記
録再生装置における位置決め機構兼用のトラッキング機
構。