(57)【要約】【課題】  単純であると共に正確な操作を可能にする、基板に亘って走査するプローブと、該プローブを備えたデータ記憶装置を提供する。【解決手段】  データ記憶装置はマークの形でデータを格納する記憶媒体と記憶媒体に亘って走査する少なくとも１つのプローブとを含む。プローブは該プローブの動作中、プローブ保持構造体に機械的に固定されるスプリング・カンチレバー（３１）と、ナノスケールの先端を備えたチップ（３２）と、チップ（３２）の横方向の位置決め用のアクチュエータとを含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２）に亘って走査するプローブであって、
前記プローブ（８）の動作中、プローブ保持構造体に機械的に固定されているスプリング・カンチレバー（３１）と、
ナノスケールの先端（３４）を備えたチップ（３２）と、
前記チップ（３２）の横方向の位置決めのためのアクチュエータとを含むプローブ。
【請求項２】
横方向の位置決めのための前記アクチュエータは加熱抵抗器（５６）を含む、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
横方向の位置決めのための前記アクチュエータは前記スプリング・カンチレバー（３１）の２つの脚部（３６、３８）の間のブリッジ（５４）として形成されている、請求項２に記載のプローブ。
【請求項４】
前記スプリング・カンチレバー（３１）は端子（１１、１２、１４、５８）を前記脚部（３６、３８）に接続するヒンジ（４２、４４、４６、４８、５９）を含み、前記端子（１１、１２、１４、５８）は電気的コンタクトとして機能すると共に前記プローブ（８）の動作中、前記プローブ保持構造体に機械的に固定されており、前記ブリッジ（５４）は前記ヒンジ（４２、４４、４６、４８、５９）に近接して配置されている、請求項２に記載のプローブ。
【請求項５】
前記ブリッジ（５４）は読み取り用のさらなる加熱抵抗器（５２）と横方向の位置決め用のアクチュエータの前記加熱抵抗器（５６）とが共通の端子（１１）に電気的に接続されるように配置されている、請求項３または４に記載のプローブ。
【請求項６】
前記ブリッジ（５４）は書き込み用のさらに別のさらなる加熱抵抗器（５０）と横方向の位置決め用のアクチュエータの前記加熱抵抗器（５６）とが共通の端子（１１）に電気的に接続されるように配置されている、請求項３ないし５のいずれかに記載のプローブ。
【請求項７】
横方向の位置決め用の前記アクチュエータはさらなる端子（５８）に電気的に接続されている、請求項１ないし６のいずれかに記載のプローブ。
【請求項８】
横方向の位置決め用の前記アクチュエータは静電力が、前記スプリング・カンチレバー（３１）の傾斜軸（６２）を中心とて前記チップにトルクを作用させるように配置、形成されている容量性プラットフォームを含む、請求項１ないし７のいずれかに記載のプローブ。
【請求項９】
前記アクチュエータは熱切り換え可能要素（６３）と該熱切り換え可能要素（６３）を加熱する加熱要素（６４）とを含む、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１０】
前記アクチュエータは前記加熱要素（６４）に加え、加熱抵抗器（６５）を含む、請求項９に記載のプローブ。
【請求項１１】
前記アクチュエータは前記スプリング・カンチレバー（３１）の上で動作するブリッジ構成（６０）として形成されており、前記ブリッジ構成（６０）の１つのブリッジ（６２）は前記加熱抵抗器（６５）を含み、前記ブリッジ構成（６０）の別のブリッジ（６１）は前記熱切り換え可能要素（６３）を含む、請求項１０に記載のプローブ。
【請求項１２】
前記アクチュエータは前記加熱要素（６４）および前記加熱抵抗器（６５）を制御する共通の電気供給ライン（６８）を含む、請求項１０または１１に記載のプローブ。
【請求項１３】
前記アクチュエータは前記加熱要素（６４）および前記加熱抵抗器（６５）を制御する異なる複数の電気供給ライン（６６、６７）を含む、請求項１０または１１に記載のプローブ。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のうちの１項によるプローブと、
前記プローブ保持構造体（１０）とを含むプローブ構成。
【請求項１５】
請求項１１ないし１３のうちの１項によるプローブと、
前記プローブ保持構造体と、
前記プローブ保持構造体（１０）と前記プローブとの間に配置された前記ブリッジ構成（６０）とを含むプローブ構成。
【請求項１６】
マーク（２６ないし３０）の形態でデータを格納する記憶媒体と、前記記憶媒体を全体に亘って走査する、請求項１ないし１３のうちの１項による少なくとも１つのプローブ（８）とを含むデータ記憶装置。
【請求項１７】
前記データ記憶装置はグローバル・アクチュエータの支援によって前記プローブ（８）の全部またはサブセットの動作に影響する第１の歪みを補正するように設計されており、さらに、前記各プローブ（８）またはプローブ群（８）の横方向の位置決めのために前記アクチュエータまたはアクチュエータ群を駆動することにより、個々のプローブ（８）またはプローブ群（８）のさらなるサブセットに影響する第２の歪みを補正するように設計されている、請求項１６に記載のデータ記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板に亘って(over)走査するプローブ、プローブの構成、およびデータ記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明の分野において、物質の構造を原子のスケールに至るまで描写するとともに探索するためにナノメートルの鋭利なチップを使用する手法が知られている。そのような手法は欧州特許第０２２３９１８号公報（Ｂ１）および米国特許第４３４３９９３号公報に開示されている原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）および走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を含む。
【０００３】
走査型トンネル顕微鏡および原子間力顕微鏡の進展に基づき、これらの技術の恩恵を受ける新たなストレージ（記憶）の概念が過去数年にわたって発表されてきている。トポグラフィーを変更するとともに、対応する記憶媒体を走査するために、ナノスケールの先端を備えたチップを有するプローブが導入されつつある。データは窪みマークおよび非窪みマークのようなトポグラフィー上のマークによって表されるビット列として書き込まれる。チップは下位ナノメートルの範囲の半径を有する先端を含み、窪みマークは例えば２０〜４０ｎｍ（あるいは、これ未満であってもよい）の直径を有する。したがって、データ記憶のこれらの概念は超高記憶面積密度を期待させる。
【０００４】
ＡＦＭの原理に基づくデータ記憶装置がＰ・ヴェッティンガーらによる「ミリピード(millipede)−将来のＡＦＭデータ記憶のための１０００個以上のチップ」（ＩＢＭジャーナル・リサーチ・ディペロプメント第４４巻第３号２０００年３月）に開示されている。この記憶装置は各々がチップを有するプローブから成るアレイによる記憶媒体の機械的なｘ−走査およびｙ−走査に基づく読み書き機能を有する。これらのプローブは並行に動作し、各プローブは動作中に、記憶媒体の、関連付けられた領域を走査する。こうして、大きなデータ転送速度が達成される。上記記憶媒体はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなポリマーの薄層を含む。ある動作モードでは、チップは接触モードにおいてポリマー層の表面の全体に亘って移動させられる。この接触モードはプローブのチップが記憶媒体の表面に接触することができるように、プローブに小さな力を印加することによって達成される。この目的のために、プローブはそれらの端部に鋭利なチップを担持するカンチレバーを含む。ビットはポリマー層の中の窪みマークまたは非窪みマークによって表される。カンチレバーはそれらが表面の全体に亘って移動させられる間に、表面のトポグラフィーの変化に応答する。窪みマークは熱機械的な記録によってポリマーの表面に形成される。これはチップがポリマー層に接触する場所において該ポリマー層が局所的に軟化させられるという形で、接触モードの間に電流または電圧のパルスで各プローブを加熱することにより行われる。熱の印加に加え、チップを介してポリマーに力が印加されるから、ナノスケールの直径を有する小さな窪みが層に形成される。
【０００５】
読み取りは熱機械的な概念によっても行われる。ヒーター・カンチレバーにはある量の電気エネルギーが供給され、これがプローブを、書き込みのために必要とされるのとは異なり、ポリマー層を軟化させるほど十分には高くない温度まで加熱させる。熱検知はプローブと記憶媒体、特に記憶媒体の下の基板との間の熱伝導が、この場合における熱伝導がより効率的であるために、プローブが窪みの中を移動中に変化するという事実に基づいている。この結果、カンチレバーの温度は低下し、したがって、その電気抵抗も変化する。次いで、電気抵抗のこの変化は測定され、測定信号として機能する。
【０００６】
ＳＴＭでは、鋭利なチップが表面に近接して走査され、チップと表面との間に印加される電圧がチップ−表面の離隔距離によって決まるトンネル電流を生じさせる。データ記憶の観点からは、このような手法は論理的な「０」および「１」として格納された情報を表す、平坦な媒体の上のトポグラフィーの変化の像を取得する、すなわち変化を検知するために使用される。適当な安定電流を実現するために、チップ−試料の離隔距離はきわめて小さく、かつ、厳密に一定に保たれねばなならない。ＳＴＭでは、走査されるべき表面は電気伝導性の材料である必要がある。
【０００７】
本出願人の欧州特許公開第１３８５１６１号公報（Ａ１）は記憶装置および記憶媒体を走査する方法を開示している。この記憶媒体はマークの形態でデータを格納するように設計されており、走査モードにおけるマーク検出の目的のために、プローブから成るアレイによって走査される。この記憶媒体は領域群（以下、複数であることを表現する場合に「群」という表現を用いる）を有し、各領域はプローブ群のうちの関連付けられた１つのものによって走査される。領域群のうちの少なくとも１つのものは走査モードを実行するために操作データを表すマークを含む。操作データから走査パラメータが計算され、走査モードはこれらの操作データに従って調整される。操作データを表すマークはトラッキング位置を調整するための情報を表す。この目的のために、記憶媒体の各領域に特別のマークが形成されており、それらはトラックの中心線に対して異なる複数の位置に配置されている。トラック中心線に対するプローブの実際の位置の情報は、これらのマークを走査することにより導出されることができ、トラッキング位置を調整するのに使用されることができる。他の領域はトラック内の各ラインに沿い周期的な態様で配置されたマークを含む。これらの領域を走査することにより、タイミング情報すなわちクロッキング情報が取得され、それはプローブに印加される読み取りパルス、書き込みパルス、および消去パルスの頻度を調整するのに使用される。これらのクロッキング調整すなわちトラッキング調整は領域群および対応する配置済みプローブ群のすべてに実施される。米国特許第５１５３７８７号公報は磁気ディスク駆動装置のためのサーボの概念に言及している。
【特許文献１】欧州特許第０２２３９１８号公報（Ｂ１）
【特許文献２】米国特許第４３４３９９３号公報
【特許文献３】欧州特許公開第１３８５１６１号公報（Ａ２）
【特許文献４】米国特許第５１５３７８７号公報
【非特許文献１】Ｐ・ヴェッティンガーら「ミリピード(millipede)−将来のＡＦＭデータ記憶のための１０００個以上のチップ」（ＩＢＭジャーナル・リサーチ・ディペロプメント第４４巻第３号２０００年３月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
単純であるとともにプローブの正確な操作を可能にする、基板に亘って走査するプローブを提供することが課題である。単純であるとともにプローブの正確な操作を可能にするプローブを備えたデータ記憶装置を提供することがさらなる課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面によると、プローブの動作中、プローブ保持構造体に機械的に固定されるスプリング・カンチレバーを含む、基板に亘って走査するプローブが提供される。このプローブはさらに、ナノスケールの先端を備えたチップと、該チップの横方向の位置決め用のアクチュエータとを含む。本発明はプローブにおける個々の歪みは多くの場合、該プローブ、特にチップの横方向の位置決め不良を齎すという発見に基づく。特に、プローブが情報を熱機械的に読み取る、または書き込むためのさらなる加熱抵抗器を含む場合、プローブの動作中における熱歪みはプローブの横方向の位置決め不良を齎す。プローブに対して、あるいは特にアレイの中の他のチップに対してチップの横方向の位置決め用のアクチュエータを備えることにより、これらの歪みは補償される。こうして、特にプローブ保持構造体が極めて多数のプローブを保持している場合であっても、個々の歪みは簡単に補償される。というのは、その場合、歪みは各プローブにおいて個別に補償されるからである。
【００１０】
スプリング・カンチレバーは少なくともプローブの動作中、プローブ保持構造体に固定される。スプリング・カンチレバーはプローブ保持構造体に永続的に固定されることができる、そしてプローブ保持構造体を備えた一体のものを形成しさえするのが望ましい。他方、ある用途（たとえば何らかのＡＦＭの用途）においては、プローブはプローブ保持構造体から取り外し可能であり、したがって少なくともプローブの動作の間のみプローブ保持構造体に固定される。
【００１１】
アクチュエータによって齎されるプローブの位置決めは、スプリング・カンチレバーの標準の曲がりの配向に対して横方向に行われるのが望ましい。標準の曲がりのこの配向は通常、蓄積基板に対して直角である。
【００１２】
プローブの好適な実施形態では、横方向の位置決め用のアクチュエータは加熱抵抗器を含む。これは、そのようなアクチュエータは横方向の位置決め用に実現するのが簡単であるという利点を有する。
【００１３】
プローブのさらに好適な実施形態では、アクチュエータはカンチレバーの２つの脚部の間のブリッジの中に形成される。この場合、該ブリッジはビーム様の形状を有するのが好ましい。プローブの横方向の位置決め用のアクチュエータをカンチレバーの２つの脚部の間のブリッジとして形成することは、横方向の位置決め用のアクチュエータの簡単な電気的接続が可能になること、および、それが高度の効率で動作することという利点を有する。
【００１４】
さらに好適な実施形態では、カンチレバーは電気的コンタクトとして機能する端子を接続する結合要素（ヒンジとも呼ばれる）を含み、プローブの動作中、脚部を備えたプローブ保持構造体に機械的に固定される。ブリッジはヒンジに近接して配置される。これは、こうしてカンチレバーは機械的に極めて頑健になるという利点を有する。この場合、「近接して(close)」はブリッジの位置がチップよりもヒンジにより接近していることを意味する。カンチレバー、接合要素、およびプローブ保持構造体は一体の材料で形成されるのが望ましい。
【００１５】
プローブのさらに好適な実施形態では、ブリッジは読み取り用のさらなる加熱抵抗器と横方向の位置決め用のアクチュエータの加熱抵抗器とが共通の端子に電気的に接続される形に配置される。これは該共通の端子に電圧を駆動するのを可能にし、そうして、アクチュエータの加熱抵抗器と読み取り用のさらなる加熱抵抗器とを同時に簡単な方法で駆動するのを可能にする。したがって、プローブに対して横方向の歪みが生じても、プローブに対する横方向のこれらの歪みはプローブの読み取りモードの間に効果的に補償される。
【００１６】
プローブのさらに好適な実施形態では、書き込み用のさらに別のさらなる加熱抵抗器と横方向の位置決め用のアクチュエータの加熱抵抗器とがさらなる共通の端子に電気的に接続されるという形に配置されている。これは該さらなる共通の端子に電圧を駆動し、そうしてアクチュエータの加熱抵抗器と書き込み用のさらなる加熱抵抗器とを簡単な方法で同時に駆動することを可能にする。読み取り用のさらなる加熱抵抗器と横方向の位置決め用のアクチュエータの加熱抵抗器とがが共通の端子に電気的に接続されており、書き込み用のさらに別のさらなる加熱抵抗器と横方向の位置決め用のアクチュエータの加熱抵抗器とがさらなる共通の端子に電気的に接続されるという形にブリッジが配置されている場合、横方向の位置決め用のアクチュエータを制御するために、さらなる端子は必要ない。
【００１７】
プローブのさらに好適な実施形態では、プローブの横方向の位置決め用のアクチュエータはさらなる端子に電気的に接続される。これはプローブの横方向の位置決め用のアクチュエータを、例えば読み取りまたは書き込み用の加熱抵抗器とは独立に操作することを可能にする。
【００１８】
プローブのさらに好適な実施形態では、下記容量性プラットフォームから結合された静電力がスプリング・カンチレバーの傾斜軸を中心としてチップにトルクを作用させるという形に形成、配置された容量性プラットフォームを含む。これは、この容量性プラットフォームは製造が簡単であるという利点を有する。この容量性プラットフォームはチップの軸に沿ってプローブを位置決めするのに使用されるものと物理的に同じ容量性プラットフォームであってよい。
【００１９】
別の好適な実施形態では、アクチュエータは熱切り換え可能要素と該熱切り換え可能要素を加熱する加熱要素とを含む。加熱要素は加熱抵抗器または他のヒーターの実施形態として実現されることができる。熱切り換え可能要素は金属またはポリマーで作製されることができる。熱の衝撃時にその状態を変化させることは熱切り換え可能要素の好適な特性である。熱切り換え可能要素のために使用される材料によって、それを超えると該要素が軟性かつ易変形性になり、それを下回ると該要素が硬性かつ剛性の特性を示す何らかの温度限界値が存在する。熱切り換え可能要素が軟性特性を示している間にプローブを所望の位置に移動させることにより、このアクチュエータは加熱要素にさらなるエネルギーを供給せず、熱切り換え可能要素を冷却することにより、プローブがこの所望の位置に固定されることを可能にする。
【００２０】
プローブを所望の横方向の位置に至らせ、その後その位置に固定するのを可能にするために、アクチュエータはさらに加熱抵抗器を含むのが望ましい。そうすれば、アクチュエータはスプリング・カンチレバーの上で動作するブリッジ構成として形成されることができる。このブリッジ構成の一方のブリッジは加熱抵抗器を含むことができ、このブリッジ構成の別のブリッジは熱切り換え可能要素を含むことができる。
【００２１】
加熱要素と加熱抵抗器とを制御する共通の電気供給ラインを備えることができる。あるいは、加熱要素と加熱抵抗器とを個別に制御する異なる複数の電気供給ラインが存在してもよい。
【００２２】
本発明のさらなる側面によると、プローブに関する請求項のうちの任意の１項について記載されたプローブを含み、そしてプローブ保持構造体を含むプローブ構成が提供される。特に、アクチュエータを形成している２つのブリッジを含むブリッジ構成について、そのようなプローブ構成では、ブリッジ構成はプローブ保持構造体とプローブとの間に配置されることができる。この特徴はプローブ構成のコンパクトな構築を可能にする。
【００２３】
本発明の第２の側面によると、マークの形でデータを格納する記憶媒体を含み、さらに該記憶媒体を走査する少なくとも１つのプローブを含むデータ記憶装置が提供される。このデータ記憶装置の利点はプローブの利点に対応する。このデータ記憶装置は複数のプローブであって、これらのプローブの各々が個別のアクチュエータによって横方向に位置決めされる複数のプローブを含むのが望ましい。
【００２４】
本データ記憶装置の好適な実施形態では、本データ記憶装置はプローブの全部またはサブセットの動作に影響する第１の歪みをグローバル・アクチュエータの支援によって補正するように設計され、さらに、個々のプローブまたはプローブ群（以下、複数であることを表現する場合に「群」という表現を用いる）のさらなるサブセットに影響する第２の歪みを各プローブまたはプローブ群の横方向の位置決め用のアクチュエータまたはアクチュエータ群を駆動することにより補正するように設計される。この好適な実施形態は特にそれが多数のプローブを備えている場合、データ記憶装置のための特に正確な制御を可能にする。一例を挙げると、グローバル・アクチュエータは本記憶装置を支持するスプリングのためのスプリング・ヒーターとして実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１はデータを格納するのに使用されるデータ記憶装置の透視図を示し、図２は図１に従うデータ記憶装置の一部の断面図を示す。このデータ記憶装置はベース基板４と表面基板６から成る基板２を含む。表面基板６は薄いポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）層で形成されている。しかし、表面基板６は導電材料、パターン形成された磁気材料、または他のポリマーのような様々な材料から成っていてもよい。表面基板６は記憶媒体とも呼ばれる。
【００２６】
共通フレーム１０の上には、プローブ８から成るアレイがマウントされている。図１には数個のプローブ８のみが示されている。しかし、このデータ記憶装置は多数のプローブを含む、例えば１０２４個あるいはさらに夥しく多数のプローブ８を含む。しかし、このデータ記憶装置は唯１つのプローブ８を含むのみでもよい。これに加え、プローブ８はデータを格納するため以外の目的のためにも使用される。このように、プローブ８は例えばプローブ顕微鏡の分野でも使用される。
【００２７】
各プローブ８は端子、好ましくは第１の端子１１、第２の端子１２、および第３の端子１４を含む（図３）。これらは導電ラインを介して制御・情報処理装置２０に電気的に接続されている。各プローブ８の端子１１、１２、１４はすべて制御・情報処理装置２０に個別かつ直接に接続されている。しかし、配線の複雑さを低減するために、端子１１、１２、１４は行ライン１６および列ライン１８ならびに場合によっては非図示のマルチプレクサをも介して制御・情報処理装置２０に接続されている。
【００２８】
制御・情報処理装置２０はそれらの端子１１、１２、１４を介してプローブ８に印加される制御パラメータ（例えば電流または電位）を生成するように、あるいは、端子１１、１２、１４において存在するパラメータ（例えば電流または電位）を検知するように設計されている。制御・情報処理装置２０はさらにフレーム１０に対する基板２の移動をｘ−方向およびｙ−方向ならびに場合によってはｚ−方向において制御するようにも設計されている。このための駆動は走査器２２によって行われる。
【００２９】
したがって、基板２とプローブ８を含むフレーム１０とは相互に移動可能である。プローブ８に個別の静電力を印加することにより、ｚ−方向における相対移動も行われる、あるいはそれらに加えて行われる。基板２はｘ−方向およびｙ−方向においてスプリングにより指示されているのが好ましい。スプリングを個別に加熱するヒーターが備えられている。
【００３０】
表面基板６にはマーク２６〜３０が存在し、それらは論理情報を表す。それらはトポグラフィー上のマークを形成し、窪みマークとして論理「１」を表す一方、窪みマークの不存在は論理「０」を表すのが望ましい。マーク２６〜３０はナノスケールの直径である。図１には数個のマーク２６〜３０のみが示されており、それらはそれらの実際の物理特性を表してもいない。これら数個のマーク２６〜３０は例として示されているのみである。
【００３１】
プローブ８はフレーム１０に機械的に固定され、端子１１、１２、１４を備えたスプリング・カンチレバー３１を含む。このプローブは好ましくは低位のナノメートルの範囲、好ましくは１００ｎｍ以下の範囲、別の好適な実施形態では５０ｎｍ以下の範囲、さらなる好適な実施形態では１０ｎｍ以下の範囲、そして別の好適な実施形態に従うと２０〜４０ｎｍの半径を有するナノスケールの先端３４を備えたチップ３２を含む。チップ３２は表面基板６に面している。マーク２６〜３０は力と熱の組み合わせをプローブ８を介してベース基板６に印加することにより作製される。マーク２６〜３０はチップ３２が窪み２６〜３０のうちの１つの中に進入したか否かを検知することにより検出される。
【００３２】
プローブ８のための好適な熱機械的な概念では、各プローブ８は書き込みのための第１の加熱抵抗器５０（図３）と、読み取りのための第２の加熱抵抗器５２を含む。プローブの書き込みモードの間、プローブは基板に亘って走査され、マーク２６〜３０が作製されるときには常に第１の加熱抵抗器５０が所定の温度まで加熱され、これはチップ３２を介してベース基板６に向かう熱伝導を齎す。こうして、基板６は局所的に軟化され、これがチップ３２を介してベース基板に印加される力と組み合わされて、窪みマーク２６〜３０のうちの１つのものの作製を齎す。読み取りモードでは、第２の加熱抵抗器５２がさらなる所定の温度まで永続的または間欠的に加熱され、チップ３２がマーク２６〜３０のうちの１つのものに進入するときに第２の加熱抵抗器５２とベース基板６との間の距離の変化によって惹起される熱放散の変化が検知され、こうして各マーク２６〜３０が検出される。
【００３３】
プローブ８はさらに、第１〜第３の端子１１、１２、１４に接するヒンジ４２、４４、４６、４８を含む。ヒンジ４２、４４、４６はチップの軸と平行な方向においてカンチレバー構造体に対して先細りにされている。それらはスプリング・カンチレバー３１のバネ定数を設定する目的に資する。スプリング・カンチレバー３１はさらに、脚部３６、３８を含み、容量性プラットフォーム４０を含んでもよい。第１の脚部３６と第２の脚部３８はヒンジ４２、４６、４８と接しており、容量性プラットフォーム４０はヒンジ４４と接している。脚部３６、３８と、ヒンジ４２、４４、４６、４８と協働する容量性プラットフォーム４０とは第１の加熱抵抗器５０および第２の加熱抵抗器５２を端子１１、１２、１４に電気的に接続している。こうして、容量性プラットフォーム４０も脚部として機能する。
【００３４】
チップ３２は第１の加熱抵抗器５０に近接して配置され、書き込みに備えるのが望ましい。この点に関し、それがが望ましいのは、第１の加熱抵抗器５０の表面にチップ３２が配置されている場合である。カンチレバー３１はシリコンで作製されるのが望ましい。ヒンジ４２、４４、４６、４８、脚部３６、３８、および容量性プラットフォーム４０は低電気抵抗を実現するために、高濃度のｎ型にドープされている。第１の加熱抵抗器５０と第２の加熱抵抗器５２はカンチレバーの各領域を低濃度のｎ型ドーピングでドープすることにより得られる。
【００３５】
端子１１、１２、１４には適正に選定された電圧が与えられる。書き込みモードの場合、マーク２６〜３０が作製されると、第２の端子１２と第３の端子１４に所定の電位差が与えられる。これは第１の加熱抵抗器５０の全体に亘る電圧降下を齎し、そうして第１の加熱抵抗器５０を加熱することを齎す。表面基板を十分に軟化させるべく十分な熱を生成するために、１回の書き込みイベントの間に第１の加熱抵抗器５０に印加される電気エネルギーの量は適切に選定される。読み取りモードの間、第１の端子１１と第３の端子１４には適切に選定された電位差が与えられ、そして、これは第２の加熱抵抗器５２の全体に亘る電圧降下を齎す。チップ３２に熱をほんの僅かに伝導させるために、第２の加熱抵抗器５２はチップ３２から十分に離して配置されている。第２の加熱抵抗器５２から基板２への熱放散はチップ３２の軸と平行な方向における第２の加熱抵抗器５２と基板２との間の間隔に応じて変化するから、この間隔は第２の加熱抵抗器５２を所定の温度に保つのに必要な電力を検知することにより、または、第２の加熱抵抗器５２の抵抗値の変化を齎す温度変化を検知することにより検知される。
【００３６】
プローブ８はチップ３２の横方向の位置決めのためのアクチュエータを備えている。プローブの第１の実施形態では、横方向の位置決めのためのこのアクチュエータは容量性プラットフォーム４０を第１の脚部３６に接続するブリッジ５４として形成されている。ブリッジ５４もシリコンで作製されており、第３の加熱抵抗器５６を含む。ブリッジ５４の形状を適切に選定し、第３の加熱抵抗器５６の抵抗値を適切に設定することにより、第３の加熱抵抗器５６の全体に亘る電圧降下に応じて所望の方法でブリッジ５４の熱膨脹特性が得られる。ブリッジ５４の熱膨脹から、カンチレバー３１に作用する横方向の力が結果し、次いで、これはチップ３２の横方向の位置決めを齎す。プローブ８の動作の間、プローブ８の横方向の位置決めは第１の端子１１と第２の端子１２に与えられる電位を変化させることにより制御される。この構成では、プローブ８の横方向の位置決めのためのアクチュエータのための追加の端子は必要ない。
【００３７】
プローブの第２の実施形態（図４）も第３の加熱抵抗器５６を備えたブリッジ５４を含む。しかし、この実施形態では、ブリッジ５４はヒンジ４２、４４に近接して配置されている。
【００３８】
プローブ８の第３の実施形態（図５）では、第３の加熱抵抗器５６は第３の脚部６０を介して第４の端子５８に電気的に接続されている。これに対して、第３の加熱抵抗器５６は第１の脚部３６とヒンジ４２を介して第１の端子１１に電気的に接続されている。第４の脚部６０と第４の端子５８との間には、第４のヒンジ５９が介在されている。第３の実施形態は、第３の加熱抵抗器５６に供給される電力量は第１の加熱抵抗器５０と第２の加熱抵抗器５２に供給される電力量から独立に制御されるという利点を有する。
【００３９】
横方向の位置決めのためのアクチュエータは第１の加熱抵抗器５０および第２の加熱抵抗器５２ならびにチップ３２のいずれのものにも電気的に接続されている必要がない。アクチュエータが、その膨脹がチップ３２の横方向の移動を齎す形でチップ３２に機械的に接続されているということが重要なだけである。
【００４０】
第３の加熱抵抗器５６が、読み取りのための第２の加熱抵抗器５２が接続されているのと同一の端子に一方の側において電気的に接続されていれば、第２の加熱抵抗器５２と第３の加熱抵抗器５６の加熱に関する同時動作が簡単な方法で可能になる。これが望ましいのは、読み取りモードの間にプローブがデータ記憶装置にマウントされても、プローブ８の正確な位置決めが正確に検出されるマーク２６〜３０の割合を増大させるのを容易にするからである。
【００４１】
他方、第３の加熱抵抗器５６がさらなる端子１２（これは書き込み用の第１の加熱抵抗器５０とも共用している）に電気的に接続されていると、これは書き込みモードにおいて、第１の加熱抵抗器５０と第３の加熱抵抗器５６の、単純な方法における同時動作を可能にする。
【００４２】
図４に従う第２の実施形態では、容量性プラットフォーム４０は静電力がスプリング・カンチレバーの傾斜軸６２を中心にして回転するトルクをチップ３２に作用させるように形成されている。容量性プラットフォーム４０はキャパシタの第１の電極を形成している。該キャパシタはさらに第２の電極を含む。第２の電極は基板２に対して固定されるように配置されていると共に、基板２または基板２の一部によって形成されているのが望ましい。このキャパシタはさらに、第１の電極と第２の電極との間の媒体によって形成されている。これはスプリング・カンチレバー３１と基板２との間の媒体３５でありうる。これら２つの電極の間に存在する電位差に応じて、スプリング・カンチレバーに静電力が作用される。図４に従う実施形態では、容量性プラットフォームはチップ３２を構成するビームに対して非対称に構成されている。これはチップ３２の横方向の傾斜を齎し、その傾斜度は容量性プラットフォーム４０に作用する静電力によって決まる。チップ３２のこの傾斜はチップ３２を横方向に位置決めすることをも支援する。プローブ８の横方向の位置決め用のアクチュエータの目的のために、別の容量性プラットフォームが備えられてもよい。この別の容量性プラットフォームは第１の加熱抵抗器５０および第２の加熱抵抗器５２の双方から電気的に絶縁されているのが望ましいが、該容量性プラットフォーム（これは第２の電極と、該別の容量性プラットフォームと第２の電極との間の媒体とで第２のキャパシタを形成しているのが望ましい）に作用するさらなる静電力がチップの横方向の位置決めを齎す形でチップ３２に機械的に接続されている必要がある。
【００４３】
図６はスプリング・カンチレバー３１とチップ３２を備えたプローブを含むプローブの構成の一実施形態の上面該略図を示す。このプローブは、例えば基板でありうるプローブ保持構造体１０に固定されている（そして、この例では、一体の材料で形成されている）。プローブ保持構造体１０は鼻端１０１を含む。プローブと鼻端１０１との間に、ブリッジ構成６０が備えられている。このようなブリッジ構成６０は必要に応じてプローブの横方向の曲がりを引き起こすアクチュエータを表す。このようなブリッジ構成は、カンチレバーの構造が許す場合、および、チップの横方向の移動がこのようなカンチレバーによって影響される可能性がある場合、先行例において説明されたように、アクチュエータの２つの脚部の間に配置されてもよい。
【００４４】
図６（ａ）には、緩和状態すなわちプローブがアクチュエータによって曲げられていない状態におけるプローブの構成が示されている。ブリッジ構成６０は鼻端１０１とプローブとの間に配置された２つのブリッジ６１、６２を含む。第１のブリッジ６１は熱切り換え可能要素６３と、必要に応じて熱切り換え可能要素６３に熱を供給する加熱要素６４とを含む。加熱要素６４に電流を供給し、それにより加熱要素６４を駆動する電気供給ラインが参照符号６６によって示されている。
【００４５】
加熱要素６４は加熱抵抗器または他のヒーターの実施形態として実現されることができる。熱切り換え可能要素６３は金属またはポリマーで作製されることができる。熱の衝撃時にその状態を変化させることは、熱切り換え可能要素６３の好適な特性である。熱切り換え可能要素６３用の材料に従うと、それを超えると熱切り換え可能要素６３は軟性かつ変形可能になり、ある場合には流体にさえなる何からの温度限界値が存在する、そして、その温度限界値を下回ると熱切り換え可能要素６３は硬特性と剛特性を示す。熱切り換え可能要素６３を含むブリッジ６１の構成に従うと、いったん熱切り換え可能要素６３が軟特性を示すと、スプリング・カンチレバーが横方向に移動することができるようになる一方、熱切り換え可能要素６３の材料が硬性状態にあるときには常にスプリング・カンチレバー３１したがってチップ３２そしてプローブ全体は横方向の位置に固定され、横方向に移動することはでない、ということが導出されることができる。
【００４６】
プローブを所定の位置に至らしめた後、それをそのような位置に固定するために、加熱抵抗器６５を含む第２のブリッジが備えられている。加熱抵抗器６５は図３〜５のプローブと共に説明された加熱抵抗器５６について記述されたように、すなわち、ブリッジ６２の熱膨脹特性が、加熱抵抗器６５の全体にわたる電圧降下によって決まる所望の方法で得られるようにブリッジ６２の形状を適正に選定すると共に加熱抵抗器６５の抵抗値を適正に設定することにより実現されることができる。ブリッジ６２の熱膨脹から、カンチレバー３１に作用する横方向の力が結果し、次いでこれがチップ３２を横方向に曲げることを齎す。
【００４７】
ブリッジ構成６０の両ブリッジ６１、６２はそれぞれ加熱要素６４と加熱抵抗器６５に加熱電流を供給する異なる電気供給ライン６６、６７を示している。したがって、加熱要素６４と加熱抵抗器６５は互いに独立に制御されることができる。
【００４８】
図６（ａ）に示される緩和位置から開始する、プローブを所望の位置に設定する適切な方法は電気供給ライン６６に電流を印加することにより、ブリッジ６１の加熱要素６４を加熱することで開始することができる。次いで、熱切り換え可能要素６３は温度限界値を超えるまで加熱され、熱切り換え可能要素６３は軟性かつ可撓性の状態をとり、それにより、その後にプローブが横方向に移動するのを可能にする。熱切り換え可能要素６３を温度限界値を超えるまで加熱することによりブリッジ６１は可撓性になるけれども、ブリッジ６２における加熱抵抗器６５が駆動されず、図６（ａ）における緩和状態に留まっている場合には、プローブはブリッジ６２によってそのような緩和状態に保持される。
【００４９】
次のステップでは、ブリッジ６２の加熱抵抗器６５は電気供給ライン６７に加熱電流を供給することにより加熱され、これによりブリッジ６２の熱的に導入される膨脹を引き起こす。この膨脹は、図６（ａ）に示されるその中心位置から図６（ｂ）において黒矢印で示される、プローブの横方向の移動を齎すことになる。
【００５０】
いったんチップ３２を含むプローブが所望の位置に到達したら、そのような位置を固定するのが望ましい。加熱抵抗器６５のための加熱電流をプローブのそのような位置に対応するレベルに維持しながら、熱切り換え可能要素６３のための加熱電流（熱切り換え可能要素６３を可撓性に保つために、この加熱電流は温度限界値未満に維持される）は今度は、いったんその温度が温度限界値未満に低下したら熱切り換え可能要素６３を硬化させるために、例えば該電流を急激に遮断することにより、あるいは、それをより穏やかな方法で減少させることにより低減される。次いで、ブリッジ６１は剛性になり、プローブを所望の位置に保持する。
【００５１】
こうなると、プローブのための保持機能は今度はブリッジ６１によって実行されるから、ブリッジ６２はもはや駆動される必要がない。ブリッジ６２のための加熱電流は徐々に低下される、または急激に遮断されさえされることができる、あるいは、維持されることができる。加熱抵抗器６５とブリッジ６２は冷却されると収縮しようとし、他方、プローブはブリッジ６１によってその位置に固定されているから、ブリッジ６２の中に機械応力が発生する可能性があると共に、ブリッジ６２に導入される機械応力によって惹起される、プローブの横方向における何からの小さな再配置が生じる可能性がある。図６（ｂ）はそのような状況を示すものであり、熱切り換え可能要素６３は図６（ａ）に示される緩和位置に対して、熱切り換え可能要素６３の横方向の膨脹によって示される膨脹位置に固定されている。ブリッジ６２は伸長位置から収縮する途上にある。わずかに捻られたブリッジ６２は該ブリッジ６２の中に導入される、実際には通常、ブリッジ６２の捻りを齎さない機械応力を模式的に示そうとするものである。
【００５２】
力伝達点は必ずしもカンチレバー３１の底端にある必要はないが、力伝達点がブリッジ６１のために配置されるのと同一の端にあってもよい、という点に留意されたい。てこ効果のために、ブリッジ６２のごく小さな膨脹がカンチレバーのきわめて大きな曲がりを齎すから、ブリッジ６１によって実行される力をカンチレバーの底領域において伝達するのが好ましい。しかし、別の実施形態によると、力伝達点をカンチレバー３１の上端、したがってチップにより近接させるために、ブリッジ６１はブリッジ６２の上方に配置されてもよい。そのような力伝達点はカンチレバー３１の底部における力伝達点に比べ、カンチレバー３１の曲がりを惹起するのにブリッジ６１のより大きな膨脹を必要とする。しかし、そのような構成の場合、チップ３２の位置はより正確に制御されることができる。
【００５３】
そのような曲げられた位置からプローブを再位置決めするために、加熱要素６４を加熱して熱切り換え可能要素６３を軟性かつ可撓性ならしめるのが好ましい。加熱抵抗器６５はプローブがブリッジ６２によって規定される位置まで横方向に前後に移動しうるように、そのような時に駆動されてもよいし、されなくともよい。そのような位置が新たな所望の位置である場合には、そのような位置に、ブリッジ６１は再度固定されてもよい。したがって、ブリッジ６２は加熱されてブリッジ６１が固定される、すなわちその可撓性状態になる前に機械応力を惹起することができる。あるいは、ブリッジ６２はブリッジ６１が加熱されて再び可撓性になった後に、カンチレバーの新たな所望の位置を表す伸長の程度に合わせて加熱または冷却されてもよい。
【００５４】
プローブの動作の間、プローブの横方向の位置決めは供給ライン６６、６７に供給される電流を変化させることにより制御される。
【００５５】
図７は別のプローブ構成の概略図を示す。同一の構成要素を参照するために、図６の実施形態の場合と同一の参照符号が使用されている。
【００５６】
図７の実施形態は加熱抵抗器６５および加熱要素６４の双方のために唯１つの共通電気供給ライン６８のみが存在するという点で図６のものとは異なる。ブリッジ６１には電流が供給されないから、ブリッジ６１は導電性であってもよいが、必ずしも導電性である必要はない。
【００５７】
ここでも、図７（ａ）は基底状態、すなわち全く駆動のない緩和状態を示す。基本的に、駆動は図６のプローブ構成の場合と同じである。すなわち、図７（ａ）に示される緩和位置から開始してプローブを所望の位置にセットする適切な方法は、電気供給ライン６８に電流を印加することによりブリッジ６１の加熱要素６４を加熱することで開始することができる。次いで、熱切り換え可能要素６３は温度限界値を超えるまで加熱される、そして熱切り換え可能要素６３は軟性かつ可撓性の状態をとる、これによりプローブが横方向に移動するのを可能にする。
【００５８】
しかしながら、この状態で、加熱抵抗器６５が同時に加熱される。ブリッジ６１の熱切り換え可能要素６３が軟化されない限り、ブリッジ６２の中の何らかの熱導入された伸長が該ブリッジ６２の中に機械応力を齎す。したがって、熱切り換え可能要素６３の温度限界値が、プローブが動作されると共に緩和状態を規定する温度に近接しうるように加熱抵抗器６５と熱切り換え可能要素６３の材料を選定するのが望ましい。次いで、ブリッジ６２は熱切り換え可能要素６３がその軟性状態に切り換わるまでほんの僅かに伸長される、したがってブリッジ６２の機械応力は低減される。
【００５９】
いったん熱切り換え可能要素６３の軟化状態が達成されたら、そしてブリッジ６２がさほどバイアスされていない場合には、カンチレバーは図７（ａ）に示される緩和位置に近接した位置に依然として止まる。加熱が継続されると、ブリッジ６２がさらに伸長する一方、熱切り換え可能要素６３は軟性を維持し、ブリッジ６１はブリッジ６２の伸長に追従する。いったん所望の位置、すなわちカンチレバー３２の所望の曲がりに到達したら、今度は、この位置はブリッジ６１を硬化させることにより固定される必要がある。したがって、電流は急激に遮断されてもよい。加熱抵抗器６５と加熱要素６４／熱切り換え可能要素６３との組み合わせ、もしくはブリッジ６１、６２または双方は異なる熱放散係数を示すのが望ましい。ブリッジ６１が出す熱がブリッジ６２が出す熱よりも速く放散する場合、ブリッジ６１が迅速に硬化することになる一方、ブリッジ６２はきわめてゆっくりと収縮するから、先行するステップで達成された位置はほぼ保持されることができる。ブリッジ６１が固定するまで、緩和位置へ復帰するカンチレバー３１の僅かな曲がりが生じる可能性がある。ブリッジ６２が出す熱がブリッジ６１が出す熱よりも速く放散する場合、ブリッジ６１が固定してカンチレバーの位置を固定させる前に、カンチレバーは緩和位置に向かう長い道程に復帰する可能性がある。
【００６０】
別の実施形態によると、ブリッジ６１、６２の中の熱の低下が主として熱放散の効果によって惹起されるのではなく、制御され低減された電流供給によって惹起されるように、電流は徐々に低減されることができる。次いで、カンチレバー３１は熱切り換え可能要素６３のための温度限界値におけるブリッジ６２の伸長によって決定される位置に固定されることになる。したがって、熱切り換え可能要素６３が硬化する時に、駆動は低減し、固定される。
【００６１】
固定する位置は電流供給、したがって加熱要素６４の中の熱および加熱抵抗器６５の中の熱がいかに迅速に低下させられるかによって調整されることができる。
【００６２】
データ記憶装置は関連付けられたプローブによって走査されるべき領域を記憶媒体の中に含むのが望ましい。プローブはフレームの上に配置されてプローブ・アレイを齎す。この領域はデータを含むデータ領域であってもよい。データ記憶装置はグローバル操作情報を含む多数のグローバル操作領域をも含む。各プローブ８はこれらのグローバル操作領域の各々に割り当てられる。グローバル操作情報はプローブを各トラックにグローバルに維持するサーボ情報である。しかし、それは１つのトラック内のプローブを走査するタイミング情報をも含む。これはグローバル・クロック情報とも呼ばれる。グローバル・サーボ位置決めはグローバル操作領域から取得されるサーボ情報（このサーボ情報はプローブ／プローブ群〔以下、複数であることを表現する場合に「群」という表現を用いる〕の記憶媒体上の中心線からの横方向の曲がりの情報を備えているのが望ましい）を評価し、グローバル・アクチュエータとしての走査器２２を個別に制御することにより行われる。こうして、フレーム１０の上にマウントされているスプリング・アクチュエータのすべてまたは一部に影響する歪みが補償される。
【００６３】
フレーム１０の上にマウントされている個々のプローブ８またはプローブ８から成るサブセットに影響する歪みは横方向の位置決めのための各駆動により補償される。これらの歪みはグローバルに影響する一部の歪み関するものよりも遙に大きな時間スケールにおいて生じるように示されるから、個々のプローブに割り当てられた（そうでない場合にはデータを含む）各領域の内の指定された場所におけるサーボ情報を提供することで十分である。この点において、例えば各トラックの始点もしくは終点または双方のみ、あるいは、すべての第２のトラックまたは第３のトラックまたは第４以降のトラックの始点もしくは終点または双方のみにおいてこのサーボ情報を有するのが好ましい。こうして、サーボ情報のオーバーヘッドは小さく維持されることができ、これが高データ密度を齎す。
【００６４】
次いで、この個別のサーボ情報は当該個別のプローブの横方向の位置決めのために各アクチュエータを制御するために使用される。この目的のために、プローブ８の第１の実施形態および第２の実施形態の場合における第１の端子１１の電位と第２の端子１２の電位との間の電位差、あるいは、プローブ８の第３の実施形態の場合における第４の端子５８の電位と第１の端子１１の電位との間の電位差、あるいは、図６および図７の実施形態における電流／電流群は個別に調整される。窪みに最近接しているチップ３２は加熱用の第２の加熱抵抗器５２からはるかに離隔して配置されており、したがって読み取りモードの間にさほど加熱されないから、読み取りモードの間に第１の端子１１に供給される電位の増減は表面基板６の中のマークのありうべき消去に無視することのできる影響のみを有する点が有利である。
【００６５】
横方向のためのアクチュエータは例えば圧電素子またはチップ３２の横方向の位置決めの目的のために好適である任意の他の回路素子をも含む。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】プローブを含むデータ記憶装置の透視図である。
【図２】図１によるデータ記憶装置の一部の断面図である。
【図３】プローブの第１の実施形態の上面図である。
【図４】プローブの第２の実施形態の上面図である。
【図５】プローブの第３の実施形態の上面図である。
【図６】プローブ構成の第１の実施形態の上面図である。
【図７】プローブ構成の第２の実施形態の上面図である。
【符号の説明】
【００６７】
２  基板
４  ベース基板
６  表面基板
８  プローブ
１０  フレーム
１１  第１の端子
１２  第２の端子
１４  第３の端子
１６  行ライン
１８  列ライン
２０  制御・情報処理装置
２２  走査器
２６、２８、３０  マーク
３１  スプリング・カンチレバー
３２  チップ
３４  先端
３５  カンチレバーと基板との間の媒体
３６、３８、６０  脚部
４０  容量性プラットフォーム
４２、４４、４６、４８、５９  ヒンジ
５０  書き込み用の第１の加熱抵抗器
５２  読み取り用の第２の加熱抵抗器
５４  ブリッジ
５６  第３の加熱抵抗器
５８  第４の端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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