(57)【要約】【課題】  多数のプローブを有する記録再生装置において、数本のプローブが故障しても、引き続き使用できる記録再生装置を提供する。【解決手段】各プローブが受け持つ同一の記録領域に対して複数のプローブが記録または再生できるよう配置されており、第一のプローブに故障等の不具合が生じたときに、その不具合を自動的に検出し、前記フレームに構成されたスペアのプローブに交換して不具合を調整する記録再生装置。【選択図】図１
2006127692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の走査型プローブにより記録媒体に情報を記録、再生する記録再生装置において、上記記録媒体の各プローブが受け持つ同一の記録領域に対して複数のプローブが記録または再生できるよう配置されていることを特徴とする記録再生装置。
【請求項２】
請求項１記載の記録再生装置において，前記フレームに構成された前記複数のプローブのうち１つが記録、再生を行い、他のプローブは前記第一のプローブに不具合が生じた際にスペアとして使用されることを特徴とする記録再生装置。
【請求項３】
前記請求項１乃至２記載の記録再生装置において、前記スペアのプローブは前記フレームに電気的、または機械的に格納及び開放される機構を前記フレームに設けたことを特徴とする記録再生装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至３記載の記録再生装置において、前記プローブの不具合は前記プローブがRead／Write動作を行っていないときに自動的に検出し、スペアのプローブに交換するプログラムを設けたことを特徴とする記録再生装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４記載の記録再生装置において、前記プローブの不具合を検出する確認エリアを前記記録媒体に設けたことを特徴とする記録再生装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載のプローブにおいて，前記はり式アームを片持ちはり、または両持ちはりとしたことを特徴とする記録再生装置。
【請求項７】
前記請求項１記載の記録再生装置において、前記記録媒体が強磁性体/非磁性体/強磁性体の多層膜のピラーにより構成された記録ドットを形成し、各記録ドットが電気的に絶縁されていることを特徴とする記録再生装置。
【請求項８】
請求項１乃至７記載の記録再生装置において，前記フレームまたは前記記録媒体の移動のストロークが前記フレームの一辺の長さよりも長く取ることにより、各プローブが隣接した記録再生領域でも記録再生を行えることを特徴とする記録再生装置。
【請求項９】
先端にチップが形成されたはり式アームを持つプローブを多数形成し、並列処理で記録、再生を行って記録媒体の各プローブに対する記録再生領域に情報を記録、再生する記録再生装置において、前記記録媒体が回転型記録媒体であり、前記各プローブが前記記録媒体に対向して設けられた移動機構に支持されており、前記移動機構の同一面内に多数のプローブを設けたスペアの移動機構を複数設けたことを特徴とする記録再生装置。
【請求項１０】
請求項1乃至９記載の記録再生装置は，前記複数のプローブを有するフレームと前記多数のフレームより構成されるフレーム集合体、前記フレーム集合体支持するフレーム支持部、前記記録媒体を位置決めするＸＹＺスキャナ、前記フレーム集合体と媒体の平行度を検知するセンサ、平行度を調整するPZT、及び媒体より形成される記録再生ユニットと前記記録再生ユニットを制御する制御回路1式により構成されることを特徴とする記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，大容量のデータ情報等の超高密度記録を行うことの可能な記録、または再生を行う記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子分子レベルの空間分解能を持つ走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭ）が開発されて、種々の微細形状解析に適用されて、表面解析装置として広く利用されている。特に近年ではＡＦＭは種々の物理量をプローブとして用いた走査型プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭ）として発展しており、最近、これらの手段、すなわち原子分子にアクセスする手段を用いて記録再生装置としての実現可能性の検討が種々なされている。
【０００３】
これらのＡＦＭ等に使用される走査型プローブを用いた記録再生装置としては、例えば特許文献１や特許文献2記載の装置がある。これらには、多数のプローブを同時に駆動し、プローブに所望の電圧を印加することにより、記録媒体上の微小な領域に特性変化を生じさせて記録及び再生を行う装置が記載されている。この多数のプローブはフレームと呼ばれる受け持ちエリアをそれぞれ有しており、各プローブは受け持ちエリアの記録及び再生を行っている。そして、一部のプローブが破損したときのために、これら特許文献では、多数のプローブを設けたプローブユニット、または記録媒体を交換する手段を設けている。
なお、特許文献3には、回転型記録媒体に対向してプローブを半径方向に並べて、回転型記録媒体上に対向して、半径方向に移動させる一体移動機構を設けた記録再生装置の構成が示されている（図15参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平6-12710号公報、
【０００５】
【特許文献２】特開平2000-113532号公報
【特許文献３】特開平7-93833号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２においては、いくつかのプローブが破損した場合、正常なプローブが多く残っているにも関わらず、プローブユニット全体を交換していた。
本発明はこのような問題点を解決した信頼性の高い記録再生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記問題点は，多数の走査型プローブにより記録媒体に情報を記録、再生する記録再生装置において、各プローブが受け持つ記録媒体の同一の記録領域に対して複数のプローブが記録または再生できるよう配置され、前記プローブのうち可動状態にある単数のプローブがＲ／Ｗ可能であるか否かを常時確認し、もしＲ／Ｗが不可である場合には、当該プローブを電気的、または機械的にフレームに格納し、その後、同一フレームに設けた他の（スペアの）プローブに配線を切り替えて通電を行い、この新しいプローブをＲ／Ｗ可能状態になるように電気的、または機械的に開放し、その後、Ｒ／Ｗ可能であるか否かを信号を送ることによりチェックし、Ｒ／Ｗ可能であれば前記Ｒ／Ｗ不可のプローブに変わり、Ｒ／Ｗ動作可能状態に復帰させる。それと同時に前記Ｒ／Ｗ不可になったプローブは、移動動作及びＲ／Ｗ動作の妨げとならぬように制御されることにより解決される。
【発明の効果】
【０００８】
プローブの損傷や摩耗が生じた場合でも他のプローブでＲ／Ｗを継続して行うことができ、ユーザーの交換等の負担無しに装置の信頼性を向上することができる。また、同時に装置全体の長寿命化を図り、装置の信頼性を上げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
本実施例に示される記録再生装置は、ＡＦＭの構成を応用したものである。図3は本発明の第一の実施例の基本構成を示す図である。
【００１０】
本発明の記録再生装置は、プローブが記録媒体に対して、電流、電圧、または熱等を加えることにより、記録媒体上の所定領域に電気的、または物理的変化を生じさせて情報を記録し、同一のプローブを用いて媒体の所定領域の電気的変化を測定することによりその情報を読み取る構成となっている。
【００１１】
上記に示した多数配置されたプローブやカンチレバーはマルチプローブと呼称されており、各プローブはある特定範囲（例えば100μm角）の記録領域を1本のプローブが受け持ち、それらの各プローブはフレーム33に支持されており、そのフレーム33はマルチプローブ支持体（以下フレーム集合体33'と呼ぶ。）を構成しており、フレーム集合体33'、または媒体側の駆動装置がＸ，Ｙ方向に動くことで所望の記録領域に対してＲ／Ｗを行うようになっている。ここで、フレーム33とは当該フレーム内に設けられたプローブが記録または再生を受け持つエリアを示し、本実施例では、受け持ちエリアと同一の大きさの枠構造体となっている。また、各枠構造体は当該枠内のプローブを支持する支持体になっている。
【００１２】
図1に本発明の実施例の説明図を示す。
図１にはひとつのフレーム33に複数のプローブ5、5’を設けた本発明の(a) 実施例と単数のプローブ5を設けた(b)従来例を示している。
図１(b)の従来例においては、各記録エリアにおいて、各プローブが1本ずつ形成されており、各々のプローブで各受け持ちエリア内のＲ／Ｗを行う。一方、本発明の(a)実施例においては、各フレーム33内に複数のプローブ5、5'を有する構成となっている。このように複数のプローブ5、5'が各フレーム33内に存在することにより、1本目のプローブが破損や故障した場合でも他のスペアのプローブがすぐに代用できるため、各受け持ちエリアの情報のＲ／Ｗが継続して行える。従って、記録再生装置として支障なく動作を行うことができ、長寿命化を図ると共に、装置としての信頼性を高めることができる。
各プローブ5、5'は図2に示すように前述した各記憶領域に相当する各フレーム33に形成されており、各フレーム33は媒体全体の記録領域に相当するフレーム集合体33'を形成する。
【００１３】
図2は各フレーム33より構成されるフレーム集合体33'と媒体52を上部及び側面より見た図である。図2より各プローブ5、5’は各フレーム33により支持されており、各フレーム33はフレーム集合体33'を形成している。フレーム集合体33'はフレーム支持部34により支持されており、フレーム支持部34はさらに上部の四隅に配置されたPZT38よりフレーム集合体33'を媒体52に対して平行に位置するように制御する構成となっている。
【００１４】
図3は上記図2に示したフレーム集合体33'と媒体52を含む全体の装置構成を示している。媒体52は媒体が固定されたステージ45の下部にＸＹ及びＺスキャナ46,47が配置されていて、プローブ5、5’に対してＸＹスキャナ46により平行に、Ｚ軸スキャナ47により垂直方向に移動する構成となっている。ＸＹ及びＺ方向のスキャナ46,47には高精度に位置決めを行うため、各方向に精度よく駆動させるためのスキャナコントローラ（位置決め駆動制御回路）44が設けられている。ＸＹ及びＺスキャナ46,47はフレーム支持部34上部に形成しても同様の動作を行うことは可能である。しかし、プローブ5、5’への配線等の関係から、実際には媒体52固定側の下部に形成されることがより望ましい。
【００１５】
図3よりさらに詳細に動作を説明する。上述したように媒体52表面に平行に位置したフレーム集合体33'はその四隅の媒体52表面の対向面に媒体52とフレーム集合体33'間の距離に応じて容量が変化するセンサが設けられている。センサには従来の渦電流タイプや静電容量タイプ、または周波数/デジタル変換方式の微小変位センサ（デジタルセンサ）等が用いられる。上記のデジタルセンサはコイルのインダクタンスと分布キャパシタとの静電結合を利用した変位センサで数百MHzの高周波発振によりｎｍレベルの高分解能を得ることができる。上記に示したセンサのうち、本装置に適したセンサ39が設けられており、各々の容量が少なくとも3箇所が一致するようにフレーム支持部34上部に設けられたPZT38を変位させることにより媒体52表面とフレーム集合体33'の平行度を制御する構成としている。
【００１６】
フレーム集合体33'と媒体52間の平行度はセンサ39と平行度検出回路50により、常時チェックされ、PZTコントローラ42によりフレーム支持部34上部のPZT38に信号を出して平行度を一定値以下に保持している。さらに、プローブ5、5’が位置しているフレーム33内部には図4(a)片持ちはり式プローブ5、5’及び(b)両持ちはり式プローブ5、5’に示すようにPZT48等のZ方向の位置決め駆動機構を薄膜状にして組み込んであり、所望の電圧をかけることにより微小な位置制御を行わせることも可能となっている。
【００１７】
また、プローブ5、5’には電圧または電界等をかけて電流を流して情報の記録再生を行う電圧印加（Ｒ／Ｗ）回路43及びその読み取り情報を信号として処理する信号処理回路41が設けられており高速で大容量の信号処理を行うようになっている。これらの回路は製品に組み込まれる際には回路素子として構成される。
Ｒ／Ｗ時の動作としては、プローブ5、5’と媒体52間に電圧印加回路43により電界、または電圧が印加され、トンネル電流等の位置検知信号等によりプローブ5、5’先端と媒体52間の距離が所望の距離になるように、ＸＹ及びＺスキャナ46,47にスキャナコントローラ（位置決め駆動制御回路）44から信号が送られる。さらに、フレーム集合体33'の上部に埋め込まれたPZT38等により垂直方向の距離を制御する。所望の距離になった後に電圧印加（Ｒ／Ｗ）回路43によりＲ／Ｗ用の電界、または電圧を再度印加し、媒体52に情報を記録、消去する。再生時には、電界、または電圧を再度印加し、情報をその電流変化等により読み取る。これらの信号は全てプローブ5、5’の上部に設けられたフレーム集合体33'の上部に形成された配線を通して送信される。
【００１８】
図２、図３の実施例において、媒体52全体の面積を3.2mm角としている。従来例では、媒体52の100×100μm角の面積を1本のプローブ5が専用にＲ／Ｗする受け持ちエリア（面積）としている。媒体52は1本のプローブ5の受け持ち面積に相当するエリア（100×100μm角）を媒体52下部に設けられたＸＹスキャナ46によりＸＹ方向に、Ｚ軸スキャナ47によりＺ方向に移動し、所望の位置のデータをプローブ5によりＲ／Ｗする構成となっている。ＸＹ方向に100μm動くことで、各エリア内のすべてのデータのＲ／Ｗができるため、全プローブ5で媒体表面の全データをＲ／Ｗすることが可能である。
また、プローブ5は図2に示す各受け持ちエリア（面積）に相当する各フレーム33に従来例においては各1個設けられている。各フレーム33は例えば100μm角で構成され、媒体52全体が32mm角とすると、100μm×100μm角のフレームがＸＹ方向に32個構成される。これよりプローブ5が構成されたフレーム33の集合体全体の総数は32×32=1024個となる。従って、媒体全体に設けられたプローブ5の総数も1024本となる。このように多数のプローブ5を設けることにより一度に処理できるデータ数を飛躍的に増やすことが出来る。
【００１９】
次に図2及び図3に示した記録媒体52の実施例について述べる。図5にプローブ5、5’と記録媒体52の拡大側面図を示す。記録媒体52は本実施例においては、円柱形状に形成され、保護膜4の下部に強磁性体3/非磁性体2/強磁性体1ピラーと呼ばれる記録ドット15が形成されており、この各ドット15に対してプローブ5が接触式、または数nmの微小量で浮上した非接触式で電圧印加（Ｒ／Ｗ）回路43により電圧や（トンネル）電流等が印加されることによりＲ／Ｗを行ってもよい。
【００２０】
また、各記録ドット15は、各々電気的には完全に絶縁される構造となっている。図5に示したように各ドット15間には空間が配置される場合もあるが、この間隙部分に絶縁物が構成されても同様の効果を得ることができる。このような構成とすることにより、各記録ドット15間で電気的に干渉し合うということがなく、熱記録方式等と比較してもドット間を極めて小さくできる（5nm以下）という利点があり、記録ドット15を高密度に配置できるため記憶容量を増大させることが可能となる。
本発明における記録媒体は特に上記に限るものではなく、同様の構成のベタ膜や熱記録用の膜などについても適用可能である。
上記に示した記録再生装置においては、これまで各受け持ちエリアに相当する各フレーム33に対して各プローブ5が単数設けられており、前記プローブ5を支持している各フレーム33または媒体がＸ，Ｙ方向に動き、所定の位置にプローブ5先端が位置決めされる構成となっている。しかし、上記に示したプローブ5は高さ数ｎｍという微小な間隔、または接触状態でＸ，Ｙ方向に移動を行うため、プローブ先端が媒体に衝突し破壊される、または摩耗する等のことが起こる可能性が高く、Ｒ／Ｗが不可になる恐れがある。
また、破損されない場合でも、チップ先端にゴミ等により汚染屑が付着する等の場合もあり、このようなときにもＲ／Ｗ不可になると思われる。
【００２１】
また、プローブ5の製造において、チップ先端に導電性薄膜を形成して電流を流す等の動作を行ってＲ／Ｗをする場合、膜の形成方法などの製造上の問題によりプローブが新品でもＲ／Ｗが100%可能でない状態が生じる可能性もある。
上記のような種々の問題点が生じ、プローブ5がＲ／Ｗ不可になった場合、各フレーム33に形成されたプローブ5が単数の場合には、フレーム集合体33'の移動領域がフレーム33内のみの場合、その部分の記録領域のデータが使用できなくなり、ユーザーにとっては記録容量の低下を招いてしまう。このような状態の救済策として、特許文献2に記載のようにプローブユニットまたは媒体全体を交換する方法が示されているが、本記録再生装置はモバイル市場をもターゲットとしているため、実際に交換を行うにはコスト的にもまた技術的な調整等を考えてもかなり困難である。
本発明は上記のような問題点を解決し、技術的により簡便でコスト的にも安価な方法で装置の信頼性を向上させる方法を提案するものである。
【００２２】
次に図6にプローブ5、5’の交換動作を示すフローチャートを示す。まず、記録再生装置に電源が入れられ、図1の各フレーム33における複数のプローブ5、5'のうち、1本のみがＲ／Ｗ可能な状態になり、他のプローブは電気的、または機械的にフレーム33内に保持される。保持方法としては、例えば金属でできたプローブのはり部10に微小電界をかけることにより電気的に格納、保持を制御するようにする。または逆に電界をかけることによりプローブを開放させるように制御することも可能である。その際には、上方に保持されている状態に電界をかけることによりはり部10が下方にたわむようにはり部10を構成すればよい。この電気力等は、はりの質量とバネ定数等により計算することが可能であり、極めて小さく、他の部分に影響を与えない範囲で設定することができる。
また、他の方法としては、圧電素子（PZT）をプローブのはり部10の上部に形成し、それを用いて格納及び開放を制御する。または、熱的に膨張する微小なヒーターのようなものをプローブのはり部10の上部に形成し、それを熱することにより格納及び開放を制御する等の方法が考えられる。
【００２３】
次にＲ／Ｗ可能なプローブに電流を流し、Ｒ／Ｗ可能か否かをチェックする。Ｒ／Ｗ可能な場合はそのままフォローイング動作を行い、Ｒ／Ｗ信号が入力された場合には媒体52、またはプローブ5、5’が移動することにより所定の位置にプローブ5、5’が位置決めされ、Ｒ／Ｗ動作を行う。Ｒ／Ｗ不可の場合には、まずＲ／Ｗ不可のプローブ5、5’が上述した電気的動作または機械的動作によりフレーム33に格納、保持される。次に、同一フレーム33内に格納されたスペアのプローブ5'を電気的、機械的に開放すると共にＲ／Ｗ回路43のスイッチ切り替えを行って、スペアのプローブ5'をＲ／Ｗ可能な状態に復帰させる。次に、プローブ5'の動作チェックを電流を印加して行い、Ｒ／Ｗ可能か否かを判断する。Ｒ／Ｗ可能であればそのプローブ5'でＲ／Ｗ動作を継続する。もしＲ／Ｗ不可であれば、同一フレーム内の他のスペアのプローブ5'を同様の方法でＲ／Ｗ可能か否かをチェックし、可能であれば動作を続ける。
このように同一フレーム33内に複数のプローブを格納、保持することにより外的及び内的要因でプローブがＲ／Ｗ不可になった場合にも、他のスペアのプローブ5'をすぐに使用することができるため、装置の記憶容量の低下を防ぐと共に、長寿命化を図り、装置の信頼性を上げることができる。
【００２４】
さらに、上記のような動作を行う際に、初期のプローブ5をスペアのプローブ5'に交換を行うと、プローブ5における媒体52の該記録ドット15の位置情報とＲ／Ｗデータの相関が異なるため、スペアのプローブ5'においてＲ／Ｗデータの書き換えを行う必要が生じる。そのため、プローブ5からスペアのプローブ5'に変更した場合の位置情報のオフセット値（Δｘ，Δｙ）を前もって格納してある記憶素子（メモリ）55がスキャナコントローラ44内部に設けられており、プローブ5からスペアのプローブ5'変更された時点でプローブの媒体に対する位置情報がオフセット値（Δｘ，Δｙ）分加えられ、その後、各Ｒ／Ｗデータがスペアのプローブ5'により順次メモリ55内に読み込まれて、一時格納され、さらに、スペアのプローブ5'の位置（X+Δｘ，Y+Δｙ）の位置に対応するように各記録ドット15に再度書き込まれる。これにより、プローブが初期のプローブ5からスペアのプローブ5'に変更された場合でも、フレーム全体がＸＹ方向に順次動く同一の動作でも、初期のプローブ5と同じデータをスペアのプローブ5'で読むことが可能となる。このような動作を可能とするためには、プローブ5とスペアのプローブ5'のＲ／Ｗを行う先端の部分が、図7に示すように近接している方が、オフセット値（Δｘ，Δｙ）が小さくなるため、個々のプローブの先端が近接しているように構成するのがより望ましい。また、このような中心付近に近接して構成することにより、フレームの移動ストロークを小さくすることが可能となる。図8にその例を示す。
【００２５】
図8において、例えば、(a)プローブ長さ＝25um、(b) プローブ長さ＝45umの場合を考える。(a)プローブ長さ＝25umにおいて、記録エリア54内の全てのデータを読むためのX方向の移動距離は（-25〜75um）であるが、(b) プローブ長さ＝45umにおいては（-45〜55um）と初期状態の基準の位置に対して、左右にほぼ対照的に移動すれば良いことになる。また、ストロークの距離も小さく出来るため、駆動する機構の負荷も距離が短いため小さくなり、正確な位置決めが行いやすくなるなどのメリットがある。
また、後述するように、隣接するフレームのプローブ5,5'で他の記録エリア54のデータをＲ／Ｗする場合もストロークの距離が小さくてすみ、全体の装置サイズを小さく保つことが可能となる。
【００２６】
例えば、隣接する記録エリア54のデータをＲ／Ｗする場合は、上述した図８の(a)プローブ長さ＝25umにおいては、移動距離が（-25〜175um）となり、(b) プローブ長さ＝45umにおいては、移動距離が（-45〜155um）となり、(a)の場合の方が移動距離が＋方向に20μｍも大きくなり、それだけ移動時間も必要となる。また、ＸＹ方向の駆動においても、移動ストロークが大になることにより、支持部の自由度を大きく取ることによりフレーム33やステージ45側の移動時の剛性が低下し、ＸＹ方向の駆動信号に対する応答性が悪くなる等の問題も生じてくる。このような種々の理由により図8(b)に示すようにプローブ5,5'の先端間の距離は近接していることが装置の構成上もより望ましい。
【００２７】
図9よりさらに詳しくプローブ5、5'の格納および開放動作を説明する。
まず、電気的に格納する方法であるが、図9の(a)片持ちはりプローブ5,5'、(b)両持ちはりプローブ5,5'に示したはり部10は通常Si（シリコン）等で形成されている。このはり部10の表面に金属薄膜をスパッタや付着等により形成する。一方、フレーム33においては、プローブ5,5'の上部にボード25を形成し、そのボード25のプローブ5,5'のはり部10上部にMEMS（Micro Electro Mechanical System）等により形成された微小なコイル24を製作し、電流を流すことによりはり部10をフレーム33の方に吸引して上部に格納する、または下部に開放する等の動作を行う。電流を流すことにより開放する場合は、予め、はり部10に上向きのたわみをつけておけば、電流を流すことにより下方に撓ませる構成とすることができる。
【００２８】
次に、PZTを使って機械的に格納、開放する方法であるが、まず図10に示すように粗調用PZT26と微調用PZT48を組み合わせて使用する方法が考えられる。その際には、はり部10の上部に設けた粗調用PZT26が電気信号により伸縮し、故障したプローブ5を上部に格納し、スペアのプローブ5'を下部に開放する。次にZ方向微調用のPZT48でプローブ5'と媒体52との距離を調節する。もちろん、上記粗調用PZT26と微調用PZT48は2つ別々に設ける必要はなく、1つのPZTとしても同様の効果を得ることは可能である。また、他の実施例としては、上記PZTは各々電気信号を与えると熱により膨張するヒータ等で代用することもでき、同様の効果を得ることができるのは言うまでもない。
【００２９】
図11は前記PZT26をバイモルフ型PZT27としてはり部10上部に設けた場合である。バイモルフ型PZT27は上部、または下部のPZTが曲がることにより全体として上下に変位するPZTであり、図11よりはり部10の(a)付け根、または(b)上部に設けることにより、プローブ5,5'の高さを制御することができる。上記のバイモルフ型PZT27もPZT48と組み合わせて使用することにより、粗調及び微調を行うことができる。また、他の実施例として、上記バイモルフ型PZT27を同様の伸縮動作を行うヒータで代用することも可能である。
上記で述べた微小なPZTやコイル等はMEMSにより作成されることが望ましい。
【００３０】
次にＲ／Ｗ可能か否かを判定する方法について述べる。Ｒ／Ｗ可能か否かのチェックは、図12に示すように、例えばプローブ5を任意の記録ドット15に停止させて、電流を流すことにより記録ドット15の磁化反転を生じさせる。その原理としては、図5に示した記録ドット15において、向きのそろったスピン電流が非磁性体2を通して他方の強磁性体1の膜に入ることにより膜の磁化の向きに電子スピンの向きが揃おうとして、このスピンの向きを変える力−スピントルク−は電流の大きさに比例して大きくなり、ある閾値を超えると磁化の向きが反転する。これが記録の原理である。再生時には同様に電流を流して、磁化の変化によって生じる電流の抵抗の変化から情報を再生する。このようなスピン電流を用いた確認を各プローブ5で任意の記録ドット15に対して非Ｒ／Ｗ時（フォローイング時）に行うことにより各プローブ5及び記録ドット15がＲ／Ｗ可能であるか否かをチェックすることができる。
【００３１】
また、他の実施例としては、図13に示すように各記録エリア54の周囲に金属膜で形成された通電、またはＲ／Ｗ用の確認エリア56を設けて、プローブ5,5'をチェックする際に、その部分にプローブ先端を移動して電流を流してR/W可能か否かを判断する方法も考えられる。
【００３２】
次に、他の実施例として、あるフレーム33内のプローブ5、5'がスペアを含めて全てがＲ／Ｗ不可の状態の場合を考える。図１に示した各フレーム33内の全てのプローブ5'がＲ／Ｗ不可となった場合、フレーム集合体33'、または媒体52搭載のステージ45の移動距離が各フレーム33の一辺の距離以内であった場合、図14に示すＡ部の範囲の記録エリア54のデータはフレーム33内の全プローブ5、5'が故障しているためＲ／Ｗ不可となる。この領域のデータをＲ／Ｗするためには、隣接したフレーム33に存在するプローブ5、5'をＡ部の領域の上部に位置させることが必要である。そのためには、媒体52、またはフレーム集合体33'の移動のストロークを、左右及び上下に余裕を持たせて、例えば±50μmの範囲を±150μmのように長く取ることにより、隣接部のフレーム33内のプローブ5、5'でＲ／Ｗ可能となる。但し、上記の方法で全ての領域をカバーするためには、隣接部のフレーム33内のプローブ5、5'のどれかが、確実にＲ／Ｗ可能であることが必要であり、もし隣接部のフレーム33内のプローブ5、5'全てがＲ／Ｗ不可の場合は、さらに隣のフレーム33内のプローブ5、5'でＲ／Ｗ動作を行うことが必要となる。従って、そのような場合も考慮して2倍のマージンを取ると、上下左右に±300μm程度のストロークを想定することが適当ではないかと思われる。もちろん、本発明におけるストロークの距離は、この数値に限定されるものではなく、フレーム33のサイズや装置全体の構成等により最適な値に設定されることが望ましい。
【００３３】
上記に示した1つのフレーム33内の全てのプローブ5、5'が故障した場合のＲ／Ｗ方法は以下のようになっている。プローブ5が全部でN個のフレーム33にN本存在し、NビットＲ／Ｗすると仮定すると、1個のフレーム33でＲ／Ｗ不可の場合は、時間tにおいて通常のＲ／Ｗを行うと（N-1）ビット分の情報をＲ／Ｗできる。それらの（N-1）ビット分の情報は一度Ｒ／Ｗ回路43にメモリされる。その後、Δt時間かけて媒体52、またはフレーム33が移動し、ｔ+Δt時に残りの1ビット分の情報のＲ／Ｗを隣接したプローブ5、5'で行い、その情報がＲ／Ｗ回路43にメモリされる。こうしてｔ+Δt時にはNビット全ての情報のR/Wが完了し、Δt時間は非常に短いため、ユーザーは内部のプローブ5、5'の故障を関知することなく、通常通りのＲ／Ｗを行い、データを書込み（Write）、または読み出し（Read）することが可能となる。
【００３４】
またプローブ5のチェックと並行して媒体52側のチェックをフォローイング時に行うことも可能である。上記の述べたのと同様に、ある時間ｔにNビットをWriteする場合、媒体52の不具合で１ビット分の情報をWriteできない場合、（N-1）ビット分の情報を各フレーム33内のプローブ5でWriteした後に残りの1ビット分の情報を媒体を移動させて別の記録領域にｔ+Δt時にWriteする。Readするときは上述したように時間tにおいて（N-1）ビット分の情報をReadし、ｔ＋Δt時に残りの1ビット分の情報をReadしてNビット全ての情報をReadできる。
【００３５】
上記のような制御方法をアルゴリズムとして装置内に組み込むことにより、プローブ5、5'、または媒体52に不具合が生じた場合でも、その不具合を自動的に補正し、ユーザーが不具合を関知しないでＲ／Ｗ動作を継続することが可能なので、記録再生装置全体の寿命を延ばすと共に装置としての信頼性を向上することができる。
また、上記で述べた制御方法は装置出荷後のユーザーの使用時に組み込んで使用されることを想定しているが、この制御方法を出荷前の装置検査に適用することも可能である。その際には、装置組み込み時にプローブ5、5'が媒体52に対してＲ／Ｗ可能であるか否かを全プローブ5、5'に関してチェックを行い、不具合が検出された場合には、該当するプローブ5、5'、または媒体52等を交換し、完全に動作可能な状態を確認してから製品として出荷することが重要である。
【００３６】
また、他の実施例としては、前述したようにメモリ55をスキャナコントローラ44内部に設けたことにより、ある記録エリアの全てのプローブ5,5'が破損、または記録エリアが使用不可になった場合には、その記録エリア54のデータをメモリ55に一時格納した後に、順次他の記録エリア54にデータの書き換えを行い、その記録エリアが使用不可となった場合でもユーザーが記憶容量の低下を気づくことなく、装置を使用しつづけることも可能となる非常データ移動モードをアルゴリズムとして内部に備えることも出来る。そのモードの際には、隣接した記録エリア54のプローブ5,5'が一時データをメモリ55内に読み込んで格納され、順次他の記録エリア54にデータを振り分けられて、各フレーム33に設けられたプローブ5,5'により各々の記録エリア54にデータが書き込まれる。
このようにある記録エリア54のプローブ5,5'が使用不可、またはある記録エリア54に不具合が生じた際には上述したような非常データ移動モードを備えることによりデータ及び装置を保守することが可能となる。
【００３７】
次に回転型の記録再生装置における本発明を適用した実施例について述べる。図15は特許文献3に記載されている例である。回転型記録媒体に対向してプローブが半径方向に並べられ、回転型記録媒体上に対向して、半径方向に移動させる一体移動機構が設けられている。図16は前記回転型記録媒体6を有する図15の記録再生装置において、本発明のスペアのプローブ5‘を適用した実施例を示している。スペアのプローブ5'は(a)に示すように各プローブ5に対して後方に例えば45度離れて設けておいても良いし、図（ｂ）に示すように90度離れて配置しても良い。図16に示した各プローブ5は上記に示したスキャナによる平面移動型のタイプと同様にＲ／Ｗ動作を行っていないフォローイング時に図6に示したアルゴリズムにより各プローブ5のチェックが行われ、各プローブ5がＲ／Ｗ不可の場合はスペアのプローブ5'に交換される。このように平面移動型と同様にスペアのプローブ5'を設けることにより、不具合を自動的に補正することが可能となり、装置の長寿命化を図ると共に、装置としての信頼性を確保することができる。
【００３８】
次に図17にプローブ5,5'の作成方法を示す。  
本発明で用いたプローブ5、5'の製作方法の実施例を説明する。まず(1)Si基板71を準備する。(図(a))(2)Si基板71表面上にSiO2膜72をスパッタリング等で成膜する。(3)次に光リソグラフィと反応性イオンエッチングで4μm四方の穴パターンをSiO2膜に形成する。(図(b))(4)SiO2膜をマスクとして異方性エッチング等により、プローブ先端の形状に合わせた穴をSi基板71に作製し、次にSiO2膜72を弗化水素酸等により取り除く。(図(C))(5)SiO2膜72を除去後、Si基板上に下部金属層73、窒化Si等のプローブ層74、上部金属層75を順次ＣＶＤ法やスパッタ蒸着等により成膜する。また、各層間に接着層が必要な場合は適宜接着層を成膜する。さらに表面に耐摩耗性の保護膜を形成する場合には、カソ-ディックアーク法等によりＤＬＣ膜等を成膜しても良い。金属層73,75の材料としては、チタン、タングステン、クロムやモリブデン、それらの窒化物や炭化物が考えられる。各金属層、接着層の膜厚は50nm以下で最適な値に成膜する。また、プローブ層74は所望のバネ定数になるように材質、膜厚（0.5〜数μm程度）共に最適に決定される。(図(d))(6)次に光リソグラフィや反応性イオンエッチング等によりプローブ5形状を作製する。(図(e))(7)このように製作されたプローブは、前述した各フレーム33に接着される。各フレーム33に複数のプローブを接着する場合は、順番に接着を行う。(8)最後に水酸化カリウム水溶液によりSi基板71を溶かして、プローブを完成する。(図(f))。
【００３９】
最後に本発明の記録方式1を用いた記録再生装置200の一例を図18に示す。図18において、記録再生装置200内には、本発明のプローブ5,5'が設けられた記録再生ユニット100及び制御回路1式が設けられた回路基板106、記録再生装置200とコンピュータ（図示せず）等のインターフェイスとなるバス部109及び全体を衝撃や振動から守る緩衝材110を保護層として設けた筐体104により構成される。前記制御回路1式は、前述した信号処理回路41、PZTコントローラ42、電圧印加回路（R/W回路）43、スキャナコントローラ（位置決め駆動制御回路）44に加えて、平行度検出回路50、電源回路51等によって形成される。以下に詳細を説明する。
【００４０】
前述したように記録再生ユニット100は、プローブ5,5'を支持する上部のフレーム33及びフレーム集合体33'により支持されており、そのフレーム集合体33'上部には配線構成部35が形成されており、フレーム集合体33'及び配線構成部35はフレーム支持部34により支持されている。一方、媒体52はステージ45上に固定されており、そのステージ45は下部のＸＹスキャナ46によりＸＹ方向に、Ｚ軸スキャナ47により垂直方向に移動する構成となっている。本実施例では、プローブ5が形成された各フレーム33を100μm角とし、縦横に32個ずつで合計32×32=1024個設けられている。従って、本実施例では、フレーム集合体33‘は約3.2×3.2mm角であり、記録再生ユニット100の大きさは例えば4×4mm程度に製作する。
【００４１】
また、プローブ5を支持するフレーム支持部34上部の四隅にはPZT38が設けられており、フレーム集合体33'が媒体52に平行になるように制御する構成となっている。フレーム集合体33'と媒体52間の平行度を保つために、フレーム集合体33'の四隅にはセンサ39が設けられており、フレーム集合体33'と媒体52間の平行度を常時チェックして、PZTコントローラ42によりフレーム部上部のPZT38に信号を出して平行度が一定値以下になるように制御している。
【００４２】
前記記録再生ユニット100はコネクタ部105により前記制御回路1式が搭載された基板106と接続されていて、各制御回路と信号をやり取りしている。制御回路としては、前記信号処理回路41、前記PZT39を駆動制御するPZTコントローラ42、情報の記録再生を行う電圧印加（Ｒ／Ｗ）回路43、スキャナ46,47を駆動し、ＸＹ及びＺ方向には高精度に位置決めを行うためのスキャナコントローラ（位置決め駆動制御回路）44及び内蔵されたメモリ55（図示せず。）、前記センサ39からの平行度信号を検出する平行度検出回路50、記録再生ユニット100及び制御回路等に電源を供給する電源回路51が設けられている。
【００４３】
各回路は集積化されているため、非常に小さいチップで構成されている。また、前記回路基板106はコンピュータ（図示せず）等とのインターフェイスとなるバス部109と接続されており、記録再生装置200として着脱可能で持ち運びできる構成となっている。記録再生装置200は全体を緩衝材110で保護されており、衝撃や振動に対して保護される構成となっている。また、持ち運び時にはデータを保護するため、フレーム集合体33‘を固定する等の安全装置（図示せず）も設けられている。本実施例では、上記記録再生ユニット100、制御回路一式を含めた記録再生装置200の大きさを約5×10mm程度としている。もちろん本発明を用いた記録再生装置200はこの大きさに限るものでない。
【００４４】
また、上記説明では記録再生ユニット100をステージ型で説明したが、回転型の場合は前記回転型記録媒体6がスピンドルモータにより回転し、前記プローブ5、5'によりＲ／Ｗを行う方式となるが、その他のＲ／Ｗや信号処理等の動作は同様に行うものとする。
【００４５】
以上述べたように、本発明の記録再生装置200は全体の寸法は約5×10mm程度の大きさでありながら大容量、コンパクト、高転送速度を実現可能であり、本記録装置を複数搭載することにより更なる大容量化も実現可能となる記録再生装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、コンピュータ等の記録再生装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】…従来例と本発明の一実施例の主要部を示す説明図。
【図２】…本発明のプローブとフレーム集合体及び媒体の構成を示す説明図。
【図３】…本発明の記録再生装置の構成図。
【図４】…本発明のプローブ及びフレームの拡大断面図。
【図５】…本発明の記録媒体の説明図。
【図６】…本発明の制御方法のアルゴリズムを説明する説明図。
【図７】…本発明のスペアのプローブの先端位置を説明する説明図。
【図８】…本発明のプローブを説明する説明図。
【図９】…本発明のスペアのプローブの格納、制御方法を説明する説明図。
【図１０】…本発明のスペアのプローブの格納、制御方法を説明する説明図。
【図１１】…本発明のスペアのプローブの格納、制御方法を説明する説明図。
【図１２】…本発明のＲ／Ｗ方法を説明する説明図。
【図１３】…本発明の通電確認エリアを説明する説明図。
【図１４】…本発明の他の実施例を説明する説明図。
【図１５】…従来の回転型記録装置の説明図
【図１６】…本発明を回転型記録装置に適用した第３の実施例の説明図。
【図１７】…本発明のプローブの製造方法を示す説明図。
【図１８】…本発明の記録再生装置の構造を示す説明図。
【符号の説明】
【００４８】
1−−−強磁性金属層，2−−−非磁性金属層，3−−−強磁性金属層，4−−−保護膜, 
5、5'−−−プローブ，6−−−回転型記録媒体, 7−−−一体移動機構, 10−−−はり部,
24−−−コイル，25−−−ボード，26,27,48−−−PZTまたはヒータ，33−−−フレーム，
33‘−−−フレーム集合体，34−−−フレーム支持部，35−−−配線構成部，38,48−−−PZT，39−−−センサ，41−−−信号処理回路，42−−−PZTコントローラ，43−−−電圧印加、（Ｒ／Ｗ）回路，44−−−スキャナコントローラ（位置決め駆動制御回路），45−−−ステージ，46−−−ＸＹスキャナ, 47−−−Ｚスキャナ, 50−−−平行度検出回路，51−−−電源回路、52−−−磁気記録媒体，54−−−記録エリア，55−−−メモリ，56−−−通電確認エリア，71−−−Si基板，72−−−SiO2膜、73−−−下部金属層、74−−−プローブ層、75−−−上部金属層、100−−−記録再生ユニット、104−−−筐体、105−−−コネクタ部、106−−−回路基板， 109−−−バス部、110−−−緩衝材、15−−−記録ドット， 200−−−記録再生装置， 
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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