JP4060150B2 - マイクロ集積型近接場光記録ヘッド及びこれを利用した光記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は近接場光記録（Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ：ＮＦＲ）技術に関し、特に、開口方式によりＮＦＲが実現されるヘッド及びこれを利用した光記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記録技術は集束されたレーザ光を利用して光ディスクに情報を記録して再生するものであり、最近、高密度及び大容量デジタル情報ストア技術として脚光を浴びている。ところが、従来の光学系では、回折限界のために光源の最小スポット径が波長の約半分に制限されて記録密度を高めるには限界がある。
【０００３】
回折限界を克服するために、レンズの開口数を増やして回折半径を延ばす方法、あるいは青色レーザ光を利用して既存の６００ｎｍの波長を４００ｎｍ帯に縮めてビームのスポット径を縮める方法が用いられる。しかし、このような方法を利用する場合であっても、物理的な回折限界による記録密度の限界は依然として残り、新しい方式の光記録技術が望まれる。
【０００４】
中でも、ＮＦＲ技術が盛んに研究されつつある。ＮＦＲ技術では、レーザ光の波長よりも小さい孔を通った光が孔の直径とほぼ同じ距離内では回折されないという原理を利用する。このために、レーザ光の波長よりも小さい光出力部及び光検知部を形成する。このように、光出力部に照射された光は光出力部の外側に抜け出れず、光出力部の数十ｎｍ距離以内の周りに消散波が形成される。これをレーザ光の波長以内の距離に記録媒体に接近させることにより、レーザ光の波長よりも短い単位の情報を記録して再生できる。従って、かかるＮＦＲ装置は既存の光記録ストレージに比べて極めて高いストア密度、例えば５０〜１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２が実現できる。
【０００５】
ＮＦＲは、近接場を形成する方式に応じて、開口方式、ＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）方式、Ｓｕｐｅｒ ＲＥＮＳ（Ｓｕｐｅｒ ＲＥｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）方式の３種類がある。中でも、開口方式は、近接光を発生させるために、微小な開口を持つ極めて細い探針を利用して媒体（メディア）の表面近くで光を走査することにより記録及び再生を行う方式であって、前記３種類のＮＦＲ方式のうち最も高い記録密度が確保でき、Ｔｂｙｔｅ級の高密度記録が可能である。
【０００６】
開口方式に関する研究の初期段階では、光ファイバ探針を利用した光記録技術が開発された。この技術は、光ファイバの先端部にチップを形成してナノサイズの開口を形成することにより、回折限界以下のスポットを形成する。しかし、光ファイバ探針の機械的強度が低くて近接場の発生量が少ないために記録速度が制限され、その結果、多重化が不可能であるという短所がある。この理由から、最近には、カンチレバーに開口探針を形成して近接場の発生量及び機械的強度を高める技術が研究されている。
【０００７】
例えば、光導波路が形成された多数の光カンチレバーを利用して波長以下の光分解能を持つフォトリソグラフィを高速に可能にする米国特許が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、カンチレバーに光導波路及び開口探針を集積し、これを通じて光を集束した後、カンチレバーを試料上で上下方向に振動する時にカンチレバー上にある帯電性電極を通じて振動させ、ファンデルワールス力を感知することによりその間隔を制御する。この方法によれば、多数のカンチレバー型開口探針を配列し、フォトレジストに露光することによりナノスケールのリソグラフィ作業が多重化できる。しかし、カンチレバー上に直接的に光導波路を集積する工程が難しく、光導波路から開口探針への光透過効率が低くて実用化し難い。また、平板型カンチレバーの大面積スキャナーの製作に対する具体的な技術が欠如している。
【０００８】
マトリックス状の平板開口探針アレイがディスク型メディアを走査する間に光を照射し、その透過率の違いにより記録された情報を読み込む米国特許が開示されている（特許文献２参照）。ここでは、接触式スライドパッドが開口探針とメディアとの間の間隔を強制制御しつつ平板型マトリックスタイプの開口探針アレイが多重化方式により情報を読み込む。しかし、２次元マトリックスであるがゆえに、記録媒体に情報が書き込まれたデータマークの配列方向、すなわちトラックに書き込まれた情報を正確に読み込むトラッキングが技術的に複雑であり、探針とメディアとが接触して情報を読み込むがゆえに、摩擦などによる探針及びメディアのき損、そして摩擦熱の発生などの問題があり、さらに、平面ヘッドの場合、メディアの曲がりによるエラーの問題が生じる。
【０００９】
単一開口探針がスライダー内に形成されてハードディスクのように接触式又はフライング方式により回転して高速近接場光情報の記録及び再生が可能な構造の米国特許が開示されている（特許文献３参照）。ここでは、単一探針型ヘッドに現在の光ディスク型光学設計構造を利用した光照射及び検出構造が複合化されて使用できる。しかし、単一探針であるがゆえに、情報の記録及び再生時にその速度が遅く、これにより、全体の情報ストレージシステムのデータ伝送速度が遅くなるという問題がある。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５，５１７，２８０号公報
【００１１】
【特許文献２】
米国特許第６，１０１，１６５号公報
【００１２】
【特許文献３】
米国特許第６，３０４，５２７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、今まで開発された技術は、探針の構造と、光の照射及び検出のための光学構造及び記録された情報に安定的で且つ高速にアクセスするための駆動及び制御技術面において多くの問題点があり、実用的な側面での技術の改善が切望されるのが現状である。
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題は、既存の開口方式のＮＦＲに比べて、開口探針の構造と、光の照射及び検出のための光学構造及び記録された情報に安定的で且つ高速にアクセスするための駆動及び制御方法が改善されたマイクロ集積型ＮＦＲヘッド及びこれを利用した光記録装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するために、本発明に係るマイクロ集積型近接場光記録ヘッドは、光導波路、マイクロレンズ及びマイクロミラーを含むマイクロ光学部と、前記マイクロ光学部の下に設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの下面に１００ｎｍ以下に突設された開口探針と、前記マイクロ光学部を介して入射する光が前記開口探針を通過しつつ分解能が１００ｎｍ以下の近接場光を利用してメディア上に情報を記録して再生できるように、前記開口探針とメディアとの間の間隔を一定に維持する間隔制御構造とを含む。
【００１５】
前記間隔制御構造は、前記カンチレバーの下面に形成されて前記カンチレバーを振動させる強誘電体薄膜を含む圧電駆動器と、前記カンチレバーの振動から誘導される電位を感知して振動数の変化又は振動変位の変化を感知するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことができる。
【００１６】
代案として、前記間隔制御構造は、前記開口探針とメディアとの間の間隔が強制制御されるように、前記カンチレバーの下面に前記開口探針の外側に形成された接触探針と、前記メディアと前記接触探針との接触力を感知して前記開口探針とメディアとの間の間隔を一定に維持するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことができる。
【００１７】
他の代案として、前記間隔制御構造は、前記開口探針とメディアとの間の間隔が強制制御されるように、前記カンチレバーの下面に前記開口探針の外側に形成された接触式サスペンションスライディングパッドであることができる。
本発明はまた、多重探針が同時に多重トラックに情報を記録して再生する構造が実現されるように、前述のマイクロ集積型近接場光記録ヘッドが一次元アレイ形態に製作されて前記メディアの径方向に配列されていることを特徴とするマイクロ集積型近接場光記録ヘッドを提供する。
【００１８】
このようなマイクロ集積型近接場光記録ヘッドを利用した光記録装置は、ヘッドのほかにも、前記ヘッドと接合されたバイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器と、前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器に連結されたファイントラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器と、支持台により前記ファイントラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器に連結された光ディスクの対物レンズとを含み、前記対物レンズを動かすＶＣＭにより前記対物レンズに集束される光を粗く前記メディアに接近させ、前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器及び前記間隔制御構造により前記ヘッドをメディアの表面に微細に接近させることに特徴がある。
【００１９】
この場合、前記対物レンズを介してグルーブ間をトラッキングしつつ一つのグルーブを多数のトラックに細分し、前記間隔制御構造によりチルト制御されつつ多重に情報を記録して再生できる。
【００２０】
間隔制御構造として、前記カンチレバーの下面に開口探針の外側に形成された接触式サスペンションスライディングパッドを持つヘッドの場合には、前記ヘッドが前記メディアに接触するように圧力を加える可撓性サスペンション支持台と、前記ヘッドの平面位置及びチルトを制御するように水平及び垂直微細駆動器とを含んでマイクロ集積型近接場光記録装置が構成される。
【００２１】
本発明によれば、ヘッドをディスク駆動構造により駆動することにより、現在の光ディスクドライブ（ＯＤＤ）又はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のトラッキング技術が使用可能な形態で、記録サイズ５０〜１００ｎｍの高密度及び高速の近接場光情報の記録及び再生が可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
しかし、本発明の実施形態は様々な形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施形態によって限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は当業者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ要素を意味する。さらに、図中の様々な要素及び領域は概略的に示されている。よって、本発明は添付した図面に示された相対的な大きさや間隔によって制限されない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。図１を参照すれば、光源であるレーザダイオード１７０から発せられた光が光ファイバ１５０を介して入力されてマイクロレンズ１３０に集束される。ここで、平行光に変えられた光はマイクロミラー１４０によりその方向が９０゜屈折される。この光は開口探針１１０に直ちに集束されることもあり、開口探針１１０上に工程により形成できる他のマイクロレンズ（図示せず）を通った後に開口探針１１０に集束されることもある。マイクロレンズ１３０はＶ状のグルーブに配列された光ファイバ１５０の光軸に一致するように置かれて光の集束を容易にする。そして、マイクロミラー１４０の場合、前後方向への位置制御及びチルト制御が可能なので、開口探針１１０に正確に光を集束する。ここでは、光ファイバ１５０、マイクロレンズ１３０及びマイクロミラー１４０を総称してマイクロ光学部１５５と呼ぶ。このように、マイクロ光学部１５５は、特許文献１とは異なってカンチレバー１２０に形成されず、その上層部の光導波路本体１６０に形成される。これにより、集積工程がより容易になる。
【００２４】
開口探針１１０は半導体工程によりカンチレバー１２０に形成され、ピラミッド構造を有することができる。そして、開口探針の大きさは５０ｎｍ〜１００ｎｍである。これは使用される光の波長よりも小さいために、開口探針１１０の先端部から消散波状の近接場光が発せられる。この近接場光がメディア１９０に照射されて情報を記録したり、ここから反射される光が上層部のマイクロ光学部１５５を介して光検出用フォトダイオード１８０に入力されて情報を再生したりできる。
【００２５】
開口探針１１０は、近接場の発生量を極大化させるために、自己集光物質、高屈折率物質又は表面プラズモンとの結合が極大化できる金属薄膜（金、銀、銅、Ｃｒ、Ａｌ等）がコーティングされて使用できる。この膜はレーザ光を集束して近接場の発生効率を高める。このような膜はスパッタリング又は熱蒸着法により形成する。自己集光物質は非線形物質であって、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｓ２Ｓ３、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＡＩＰなどのカルコゲニド系元素、半導体元素又はこれらの合金が使用でき、ＳｉＯ２をマトリックスとするガラスに前記物質を粒子状に混合した物質も使用できる。表面プラズモンは開口探針１１０の先端部に伝播され、これにより、開口探針１１０の先端部における効率が極大化する。
【００２６】
図２は、図１のヘッドに含まれるカンチレバー１２０部分を拡大して示した斜視図である。カンチレバー１２０は半導体工程によりシリコン材質から形成され、図２のようにカンチレバー１２０の下にＰＺＴなどの強誘電体薄膜１２１ａが形成され、その上及び下に電極１２１ｂが取り付けられた圧電駆動器１２１が設けられて圧電原理によりカンチレバー１２０を振動させる。開口探針１１０とメディア１９０との間のファンデルワールス力が振動の変位及び共振振動数の変化を誘導してこれを感知することにより、開口探針１１０とメディア１９０との間の間隔を数十ｎｍの範囲に一定に維持する。
【００２７】
振動を感知する方式は、一般的な非接触−ＡＦＭ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）のようにレーザを利用してその曲がる度合いをフォトダイオード対により検出できるが、ＮＦＲ装置の体積増大及び構造の複雑化が招かれるために、カンチレバー１２０の上面をボロンなどによりドーピングし、カンチレバー１２０が曲がる度合いに応じてその電気伝導度が変わるピエゾレジスティブ膜１２３を利用した感知技術を適用することが好ましい。このような原理を利用すれば、マイクロ集積型近接場光記録ヘッドを利用して５０〜１００ｎｍの記録サイズを持つ情報の記録及び再生が可能である。
【００２８】
以下では、図３及び図４を参照し、本発明の他の実施の形態を説明する。この実施形態では、多重探針が同時に多重トラックに情報を記録して再生する構造が実現されるように、本発明のマイクロ集積型近接場光記録ヘッドが一次元アレイ形態に製作されてメディアの径方向に配列されていることを特徴とする"多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド”を利用する。便宜上、図１及び図２を参照して説明したマイクロ集積型近接場光記録ヘッドが一次元アレイ形態に製作されてメディアの径方向に配列されているマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０を例に取る。図３は、前記多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０を利用した光記録装置の側面図であり、図４は、図３の光記録装置の平面図である。
【００２９】
図３及び図４を参照すれば、多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０がバイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器３３０に接合されている。このＺ−軸微細垂直駆動器３３０は水平方向に駆動可能なファイントラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器３４０に連結されて光ディスクの対物レンズ３１０の下に対物レンズ支持台３２０を介して接合されている。従って、情報を記録して再生する時、レンズを動かすＶＣＭ（図示せず）を介して対物レンズ３１０に集束される光を粗く（コーアスに）メディアに接近させ、多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０に含まれた間隔制御装置（図１及び図２の１２１及び１２３）を介して開口探針とメディアとの間の原子力を感知することによりメディアの表面に微細（ファイン）に接近させる。Ｚ軸微細垂直駆動器３３０も利用される。この時、対物レンズ３１０に集束された光はメディアのランド−グルーブ構造にフォーカシングされて対物レンズ３１０とメディアとの間の間隔のエラーが１μｍに一定に維持される。
【００３０】
詳細に説明すれば、対物レンズ３１０の下に取り付けられた開口探針とメディア表面との間の間隔はＺ軸微細垂直駆動器３３０が曲がることにより制御されるが、Ｚ軸微細垂直駆動器３３０はその最大変位が数十μｍであって、開口探針とメディア表面とを接触させずに１μｍ以内の間隔に精度良く維持する駆動器である。そして、圧電駆動器１２１はカンチレバー１２０を垂直方向に振動させるだけではなく、開口探針とメディア表面とが近づいた時、開口探針への力をピエゾレジスティブ膜１２３により感知することにより、ナノスケールの間隔を維持可能にする役割もする。このような３重モード接近を通じて速くて安全なアクセスが可能である。一旦、アクセスがなされれば、開口探針とメディアとの間に数ｎｍ以内に一定の間隔だけ維持されれば良いため、対物レンズ３１０を動かす間隔制御構造１２１、１２３によりメディアの上下振動及び表面の微細な形状に沿って２重的に制御される。参照符号４１０は、メディア上の光スポットである。
【００３１】
対物レンズ３１０に集束される光はメディアの情報記録層にフォーカシングされているので、ディスク型メディアにグルーブ構造を通じての情報記録ラインのトラッキングも可能である。一般的に、可視光線を使用する場合、グルーブ間の幅は４００ｎｍが限界であるがゆえに、５０〜１００ｎｍの情報記録ビットを正確にトラッキングするには無理がある。
【００３２】
従って、図５のように、グルーブ構造５２０に単一トラックではなく、約３〜６個の多重トラック概念を導入し、上部の対物レンズに集束される光スポット５１０から反射される回折信号をトラッキングするために、６個のフォトダイオードを通じて単一グルーブトラックに追従する粗トラッキング技術を利用し、ファイントラッキング技術の場合には、記録層上に形成されたジグザグ状の多重トラックライン５３０に追従するアドレスマーク５４０及び記録ビット５５０をカンチレバーの間隔制御装置の側面駆動によって読込むファイントラッキング技術を利用する。
【００３３】
他のファイントラッキング方法は、中村らにより提案された方法（Ｊｐｎ．Ｊ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３７，２２７１（１９９８））掲載論文参照）であるが、対物レンズに連結された３対の光検出器の各々のトラックに位置する光信号を回路的に演算してトラックエラー信号を得、これを通じて１つのグルーブ内の多数のトラックに情報を記録して再生できる。しかし、一般的に、多重カンチレバーを利用した情報の記録及び再生においては、カンチレバーの平面上のチルトにより多重探針のための多重トラック内に正確にトラッキングするのは難しいがゆえに、光学的トラッキングでは記録及び再生ができず、水平方向の駆動器、すなわちＸＹ軸微細水平駆動器３４０を利用した側面微細駆動メカニズムが必要である。
【００３４】
前述したマイクロ集積型近接場光記録ヘッドは、非接触−ＡＦＭ方式によりカンチレバーとメディアとの間の間隔を精度良く調節するので、開口探針及びメディアのき損が最小化できる。
【００３５】
図６は、本発明のさらに他の実施形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。この実施形態は、接触式−ＡＦＭ方式のカンチレバーを利用した間隔制御方式ヘッドの技術を応用したものである。この場合、マイクロ光学部１５５及び開口探針１１０の構造は図１及び図２を参照して前述した非接触−ＡＦＭ方式と類似している。但し、開口探針１１０とメディア１９０との間の間隔は、前記カンチレバー１２０の下面に開口探針１１０の外側に形成された接触探針６１０によって強制制御される。接触探針６１０は先端部が削られてメディア１９０に接触されて開口探針１１０とメディア１９０との間の間隔を一定に維持する。この時、開口探針１１０はメディア１９０と直接的に接触せずに数十ｎｍの間隔を正確に維持するので、き損が事実上ほとんどないという長所がある。この時、接触探針６１０とメディア１９０との間の力はカンチレバー１２０上に形成されたピエゾレジスティブ膜１２３においてカンチレバー１２０の曲がる度合いを感知することにより測定され、これを一定に維持するように、図３及び図４を参照して説明したように、ＶＣＭ及びバイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器などの駆動及び制御システムが作用する。前述した非接触−ＡＦＭ方式の間隔制御技術と比較すれば、図６によるヘッドではカンチレバー１２０に圧電駆動器が不要になるので工程及び制御が単純であり、しかも開口探針１１０が完全に保護されるという長所がある。加えて、非接触−ＡＦＭ方式の場合、単一探針の記録／再生速度がカンチレバーの固有振動数の限界を克服し難いのに対し、この技術は、理論的に無限大の速度にてメディア上を走査しつつ情報を記録して再生できるという長所がある。この時、メディア上において情報を記録して再生するのに必要な平面トラッキング技術は前記非接触−ＡＦＭ方式のヘッドと同様に利用できる。
【００３６】
図７は、本発明のさらに他の実施形態による接触式スライダーマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図であり、図８は、図７に示されたヘッドのチルト調整を通じたトラッキング方法を説明するための図面である。この実施形態では、開口探針とメディアとの間の間隔を制御する他の方法について説明するが、これはマイクロ集積型光ヘッドがヘッドとメディアとの間の間隔や力などを測定してそれを一定に維持する方式ではない。
【００３７】
図７を参照すれば、ハードディスクでのように、開口探針１１０の周りに形成されたサスペンションスライディングパッド７１０とメディア１９０との接触によって間隔が強制制御される。この時、カンチレバー１２０はサスペンションスライディングパッド７１０に取り付けられ、これは、ハードディスクヘッドのように可撓性サスペンション支持台７３０によりメディア１９０に強制的に密着される。このような方式の間隔制御技術を利用すれば、カンチレバー１２０に圧電駆動器及びピエゾレジスティブ膜が不要になるので、ヘッドの駆動及び制御構造が単純になり、しかも高速の走査が可能になるという長所がある。但し、可撓性サスペンション支持台７３０による摩擦力が強くて一定でないがゆえに、接触部による機械的摩耗及び熱が生じるなどの問題がある。しかし、ＮＦＲ探針型ヘッドの場合、記録密度が高くて一次元アレイ形態の多重処理が可能なのでその走査速度が数十ｃｍ／秒と極めて遅く、摩耗及び熱発生の側面では、従来の光ディスクドライブよりも遥かに有利である。図７でのように、サスペンションスライディングパッド７１０は開口探針１１０に近づいて製作されるので、情報の記録及び再生時に開口探針１１０がき損されることが防止できる。
【００３８】
このような接触型サスペンション方式の場合、多重アレイ形態の開口探針が正確に記録された情報領域に追従するトラッキングがやや難しいが、このようなトラッキングのためには水平径方向の精密駆動だけではなく、図８のようなスライディングヘッドの側面チルトのための駆動制御技術が必要である。図３のように、多重探針によりジグザグ状のトラッキングラインを記録し、その後方にアドレス及び情報を入力した後に記録された情報を再生する時には、多重探針がジグザグ状のトラッキングラインに正確にアクセスするように径方向及びチルトを調節してその後方に記録された情報を多重探針により読込む。従って、ヘッドのマイクロ光学部１５５と共に、スライディングヘッドを径方向に制御できる微細駆動器であるアクチュエータだけではなく、チルト制御用水平駆動器８２０もヘッドに取り付ける必要がある。参照符号７２０は、サスペンション本体を表わす。
【００３９】
図１ないし図８を参照してまとめれば、本発明に係るマイクロ集積型近接場光ヘッドを装着した情報ストレージシステム、すなわち光記録装置の全体的な構造は、下記の通りである。回転ディスク型メディア上に前述した集積型光ヘッドが近づいて情報にアクセスするが、正確な位置制御のために、現在使用されている光ディスクヘッド制御用ＶＣＭ及びコーアス／ファイン２重モード駆動器が対物レンズ及びその下に装着された近接場ヘッドを制御する。径方向の一次元多重アレイ形態の開口探針が形成されたヘッド３５０は対物レンズ３１０に取り付けられたＺ軸微細垂直駆動器３３０と、ＸＹ軸微細水平駆動器３４０及びカンチレバーに形成された圧電駆動器１２１によって位置が精度良く調節され、ヘッドとＺ軸微細垂直駆動器３３０及びＸＹ軸微細水平駆動器３４０は上部のＣＤの対物レンズ３１０に取り付けられて使用されることにより、現在の光ディスクのトラッキング技術が利用できる。もし、開口探針の近接場光ヘッドとメディアとの間の間隔が接触探針６１０を利用して接触式−ＡＦＭ方式により制御される場合、カンチレバーの圧電駆動器が不要であり、但し、接触探針６１０とメディアとの間の力をピエゾレジスティブ膜１２３の電位変化を利用して測定して一定に維持する間隔制御技術を利用して摩擦力を一定に維持する。
【００４０】
接触式サスペンションスライディングパッド７１０により調節される場合には、対物レンズ及びカンチレバー構造が不要であり、但し、光導入部及び検出部と共に高投光率開口探針及び接触パッドからなるヘッド部が可撓性サスペンション支持台７３０の圧力によりメディアに接触して微細水平駆動器８２０によりチルト制御される構造を使用する。しかし、３つの場合どれも一次元多重アレイ形態の開口探針ヘッドを使用するため、多重トラックの同時接続のためのチルト制御などのトラッキング技術がいずれも必要とされ、信号の多重処理などの技術が使用されねばならない。
【００４１】
【発明の効果】
以上の実施形態から明らかなように、本発明が開示するヘッドによれば、ディスク型の駆動器を使用しつつ、多数配列された一次元開口探針型近接場ヘッドを利用して光情報を高密度で且つ速度で記録して再生できる。ＭＥＭＳ型ＸＹラスタースキャナー方式の場合、その走査領域があまりにも狭くてその製作工程が複雑であり、しかもその制御が難しいのに対し、回転型ディスク駆動器の場合、その製作が容易であり、情報ストレージとして既に実用化されているので、技術の実現が容易である。開口探針及びその光学部をマイクロ構造により集積化して使用するので多重探針ヘッドの適用が可能になり、現在の近接場光探針の記録及び再生速度の限界を多重的に克服できる。この時、記録密度は５０ｎｍの開口探針の場合に数百Ｇｂｉｔ／ｉｎ２になり得る。また、記録／再生速度の側面からみるとき、単一探針の場合には０．１〜１Ｍｂｐｓ、約１０本の多重探針を使用する場合には１０Ｍｂｐｓ級の性能実現が可能である。これは、現在の情報ストア能力の限界を克服できる方法になり得る。
本発明の特定の実施形態に関する以上の説明は例示及び説明のために提供された。本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術的な思想内であれば、当業者による各種の修正及び変形が可能であるということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。
【図２】図１のヘッドに含まれるカンチレバー部分を拡大して示した斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態による多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッドを利用した光記録装置の側面図である。
【図４】図３の光記録装置の平面図である。
【図５】図３に示されたヘッドの２重トラッキング原理を説明するための図面である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による接触式スライダーマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。
【図８】図７のヘッドのチルトを利用したトラッキング原理を説明するための図面である。
【符号の説明】
１１０ 開口探針
１２０ カンチレバー
１２１ 圧電駆動器
１２１ａ 薄膜
１２１ｂ 電極
１２３ ピエゾレジスティブ膜
１３０ マイクロレンズ
１４０ マイクロミラー
１５０ 光ファイバ
１５５ マイクロ光学部
１６０ 光導波路本体
１７０ レーザダイオード
１８０ フォトダイオード
１９０ メディア（記録媒体）
【発明の属する技術分野】
本発明は近接場光記録（Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ：ＮＦＲ）技術に関し、特に、開口方式によりＮＦＲが実現されるヘッド及びこれを利用した光記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記録技術は集束されたレーザ光を利用して光ディスクに情報を記録して再生するものであり、最近、高密度及び大容量デジタル情報ストア技術として脚光を浴びている。ところが、従来の光学系では、回折限界のために光源の最小スポット径が波長の約半分に制限されて記録密度を高めるには限界がある。
【０００３】
回折限界を克服するために、レンズの開口数を増やして回折半径を延ばす方法、あるいは青色レーザ光を利用して既存の６００ｎｍの波長を４００ｎｍ帯に縮めてビームのスポット径を縮める方法が用いられる。しかし、このような方法を利用する場合であっても、物理的な回折限界による記録密度の限界は依然として残り、新しい方式の光記録技術が望まれる。
【０００４】
中でも、ＮＦＲ技術が盛んに研究されつつある。ＮＦＲ技術では、レーザ光の波長よりも小さい孔を通った光が孔の直径とほぼ同じ距離内では回折されないという原理を利用する。このために、レーザ光の波長よりも小さい光出力部及び光検知部を形成する。このように、光出力部に照射された光は光出力部の外側に抜け出れず、光出力部の数十ｎｍ距離以内の周りに消散波が形成される。これをレーザ光の波長以内の距離に記録媒体に接近させることにより、レーザ光の波長よりも短い単位の情報を記録して再生できる。従って、かかるＮＦＲ装置は既存の光記録ストレージに比べて極めて高いストア密度、例えば５０〜１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２が実現できる。
【０００５】
ＮＦＲは、近接場を形成する方式に応じて、開口方式、ＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）方式、Ｓｕｐｅｒ ＲＥＮＳ（Ｓｕｐｅｒ ＲＥｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）方式の３種類がある。中でも、開口方式は、近接光を発生させるために、微小な開口を持つ極めて細い探針を利用して媒体（メディア）の表面近くで光を走査することにより記録及び再生を行う方式であって、前記３種類のＮＦＲ方式のうち最も高い記録密度が確保でき、Ｔｂｙｔｅ級の高密度記録が可能である。
【０００６】
開口方式に関する研究の初期段階では、光ファイバ探針を利用した光記録技術が開発された。この技術は、光ファイバの先端部にチップを形成してナノサイズの開口を形成することにより、回折限界以下のスポットを形成する。しかし、光ファイバ探針の機械的強度が低くて近接場の発生量が少ないために記録速度が制限され、その結果、多重化が不可能であるという短所がある。この理由から、最近には、カンチレバーに開口探針を形成して近接場の発生量及び機械的強度を高める技術が研究されている。
【０００７】
例えば、光導波路が形成された多数の光カンチレバーを利用して波長以下の光分解能を持つフォトリソグラフィを高速に可能にする米国特許が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、カンチレバーに光導波路及び開口探針を集積し、これを通じて光を集束した後、カンチレバーを試料上で上下方向に振動する時にカンチレバー上にある帯電性電極を通じて振動させ、ファンデルワールス力を感知することによりその間隔を制御する。この方法によれば、多数のカンチレバー型開口探針を配列し、フォトレジストに露光することによりナノスケールのリソグラフィ作業が多重化できる。しかし、カンチレバー上に直接的に光導波路を集積する工程が難しく、光導波路から開口探針への光透過効率が低くて実用化し難い。また、平板型カンチレバーの大面積スキャナーの製作に対する具体的な技術が欠如している。
【０００８】
マトリックス状の平板開口探針アレイがディスク型メディアを走査する間に光を照射し、その透過率の違いにより記録された情報を読み込む米国特許が開示されている（特許文献２参照）。ここでは、接触式スライドパッドが開口探針とメディアとの間の間隔を強制制御しつつ平板型マトリックスタイプの開口探針アレイが多重化方式により情報を読み込む。しかし、２次元マトリックスであるがゆえに、記録媒体に情報が書き込まれたデータマークの配列方向、すなわちトラックに書き込まれた情報を正確に読み込むトラッキングが技術的に複雑であり、探針とメディアとが接触して情報を読み込むがゆえに、摩擦などによる探針及びメディアのき損、そして摩擦熱の発生などの問題があり、さらに、平面ヘッドの場合、メディアの曲がりによるエラーの問題が生じる。
【０００９】
単一開口探針がスライダー内に形成されてハードディスクのように接触式又はフライング方式により回転して高速近接場光情報の記録及び再生が可能な構造の米国特許が開示されている（特許文献３参照）。ここでは、単一探針型ヘッドに現在の光ディスク型光学設計構造を利用した光照射及び検出構造が複合化されて使用できる。しかし、単一探針であるがゆえに、情報の記録及び再生時にその速度が遅く、これにより、全体の情報ストレージシステムのデータ伝送速度が遅くなるという問題がある。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５，５１７，２８０号公報
【００１１】
【特許文献２】
米国特許第６，１０１，１６５号公報
【００１２】
【特許文献３】
米国特許第６，３０４，５２７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、今まで開発された技術は、探針の構造と、光の照射及び検出のための光学構造及び記録された情報に安定的で且つ高速にアクセスするための駆動及び制御技術面において多くの問題点があり、実用的な側面での技術の改善が切望されるのが現状である。
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題は、既存の開口方式のＮＦＲに比べて、開口探針の構造と、光の照射及び検出のための光学構造及び記録された情報に安定的で且つ高速にアクセスするための駆動及び制御方法が改善されたマイクロ集積型ＮＦＲヘッド及びこれを利用した光記録装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するために、本発明に係るマイクロ集積型近接場光記録ヘッドは、光導波路、マイクロレンズ及びマイクロミラーを含むマイクロ光学部と、前記マイクロ光学部の下に設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの下面に１００ｎｍ以下に突設された開口探針と、前記マイクロ光学部を介して入射する光が前記開口探針を通過しつつ分解能が１００ｎｍ以下の近接場光を利用してメディア上に情報を記録して再生できるように、前記開口探針とメディアとの間の間隔を一定に維持する間隔制御構造とを含む。
【００１５】
前記間隔制御構造は、前記カンチレバーの下面に形成されて前記カンチレバーを振動させる強誘電体薄膜を含む圧電駆動器と、前記カンチレバーの振動から誘導される電位を感知して振動数の変化又は振動変位の変化を感知するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことができる。
【００１６】
代案として、前記間隔制御構造は、前記開口探針とメディアとの間の間隔が強制制御されるように、前記カンチレバーの下面に前記開口探針の外側に形成された接触探針と、前記メディアと前記接触探針との接触力を感知して前記開口探針とメディアとの間の間隔を一定に維持するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことができる。
【００１７】
他の代案として、前記間隔制御構造は、前記開口探針とメディアとの間の間隔が強制制御されるように、前記カンチレバーの下面に前記開口探針の外側に形成された接触式サスペンションスライディングパッドであることができる。
本発明はまた、多重探針が同時に多重トラックに情報を記録して再生する構造が実現されるように、前述のマイクロ集積型近接場光記録ヘッドが一次元アレイ形態に製作されて前記メディアの径方向に配列されていることを特徴とするマイクロ集積型近接場光記録ヘッドを提供する。
【００１８】
このようなマイクロ集積型近接場光記録ヘッドを利用した光記録装置は、ヘッドのほかにも、前記ヘッドと接合されたバイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器と、前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器に連結されたファイントラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器と、支持台により前記ファイントラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器に連結された光ディスクの対物レンズとを含み、前記対物レンズを動かすＶＣＭにより前記対物レンズに集束される光を粗く前記メディアに接近させ、前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器及び前記間隔制御構造により前記ヘッドをメディアの表面に微細に接近させることに特徴がある。
【００１９】
この場合、前記対物レンズを介してグルーブ間をトラッキングしつつ一つのグルーブを多数のトラックに細分し、前記間隔制御構造によりチルト制御されつつ多重に情報を記録して再生できる。
【００２０】
間隔制御構造として、前記カンチレバーの下面に開口探針の外側に形成された接触式サスペンションスライディングパッドを持つヘッドの場合には、前記ヘッドが前記メディアに接触するように圧力を加える可撓性サスペンション支持台と、前記ヘッドの平面位置及びチルトを制御するように水平及び垂直微細駆動器とを含んでマイクロ集積型近接場光記録装置が構成される。
【００２１】
本発明によれば、ヘッドをディスク駆動構造により駆動することにより、現在の光ディスクドライブ（ＯＤＤ）又はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のトラッキング技術が使用可能な形態で、記録サイズ５０〜１００ｎｍの高密度及び高速の近接場光情報の記録及び再生が可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
しかし、本発明の実施形態は様々な形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施形態によって限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は当業者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ要素を意味する。さらに、図中の様々な要素及び領域は概略的に示されている。よって、本発明は添付した図面に示された相対的な大きさや間隔によって制限されない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。図１を参照すれば、光源であるレーザダイオード１７０から発せられた光が光ファイバ１５０を介して入力されてマイクロレンズ１３０に集束される。ここで、平行光に変えられた光はマイクロミラー１４０によりその方向が９０゜屈折される。この光は開口探針１１０に直ちに集束されることもあり、開口探針１１０上に工程により形成できる他のマイクロレンズ（図示せず）を通った後に開口探針１１０に集束されることもある。マイクロレンズ１３０はＶ状のグルーブに配列された光ファイバ１５０の光軸に一致するように置かれて光の集束を容易にする。そして、マイクロミラー１４０の場合、前後方向への位置制御及びチルト制御が可能なので、開口探針１１０に正確に光を集束する。ここでは、光ファイバ１５０、マイクロレンズ１３０及びマイクロミラー１４０を総称してマイクロ光学部１５５と呼ぶ。このように、マイクロ光学部１５５は、特許文献１とは異なってカンチレバー１２０に形成されず、その上層部の光導波路本体１６０に形成される。これにより、集積工程がより容易になる。
【００２４】
開口探針１１０は半導体工程によりカンチレバー１２０に形成され、ピラミッド構造を有することができる。そして、開口探針の大きさは５０ｎｍ〜１００ｎｍである。これは使用される光の波長よりも小さいために、開口探針１１０の先端部から消散波状の近接場光が発せられる。この近接場光がメディア１９０に照射されて情報を記録したり、ここから反射される光が上層部のマイクロ光学部１５５を介して光検出用フォトダイオード１８０に入力されて情報を再生したりできる。
【００２５】
開口探針１１０は、近接場の発生量を極大化させるために、自己集光物質、高屈折率物質又は表面プラズモンとの結合が極大化できる金属薄膜（金、銀、銅、Ｃｒ、Ａｌ等）がコーティングされて使用できる。この膜はレーザ光を集束して近接場の発生効率を高める。このような膜はスパッタリング又は熱蒸着法により形成する。自己集光物質は非線形物質であって、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｓ２Ｓ３、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＡＩＰなどのカルコゲニド系元素、半導体元素又はこれらの合金が使用でき、ＳｉＯ２をマトリックスとするガラスに前記物質を粒子状に混合した物質も使用できる。表面プラズモンは開口探針１１０の先端部に伝播され、これにより、開口探針１１０の先端部における効率が極大化する。
【００２６】
図２は、図１のヘッドに含まれるカンチレバー１２０部分を拡大して示した斜視図である。カンチレバー１２０は半導体工程によりシリコン材質から形成され、図２のようにカンチレバー１２０の下にＰＺＴなどの強誘電体薄膜１２１ａが形成され、その上及び下に電極１２１ｂが取り付けられた圧電駆動器１２１が設けられて圧電原理によりカンチレバー１２０を振動させる。開口探針１１０とメディア１９０との間のファンデルワールス力が振動の変位及び共振振動数の変化を誘導してこれを感知することにより、開口探針１１０とメディア１９０との間の間隔を数十ｎｍの範囲に一定に維持する。
【００２７】
振動を感知する方式は、一般的な非接触−ＡＦＭ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）のようにレーザを利用してその曲がる度合いをフォトダイオード対により検出できるが、ＮＦＲ装置の体積増大及び構造の複雑化が招かれるために、カンチレバー１２０の上面をボロンなどによりドーピングし、カンチレバー１２０が曲がる度合いに応じてその電気伝導度が変わるピエゾレジスティブ膜１２３を利用した感知技術を適用することが好ましい。このような原理を利用すれば、マイクロ集積型近接場光記録ヘッドを利用して５０〜１００ｎｍの記録サイズを持つ情報の記録及び再生が可能である。
【００２８】
以下では、図３及び図４を参照し、本発明の他の実施の形態を説明する。この実施形態では、多重探針が同時に多重トラックに情報を記録して再生する構造が実現されるように、本発明のマイクロ集積型近接場光記録ヘッドが一次元アレイ形態に製作されてメディアの径方向に配列されていることを特徴とする"多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド”を利用する。便宜上、図１及び図２を参照して説明したマイクロ集積型近接場光記録ヘッドが一次元アレイ形態に製作されてメディアの径方向に配列されているマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０を例に取る。図３は、前記多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０を利用した光記録装置の側面図であり、図４は、図３の光記録装置の平面図である。
【００２９】
図３及び図４を参照すれば、多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０がバイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器３３０に接合されている。このＺ−軸微細垂直駆動器３３０は水平方向に駆動可能なファイントラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器３４０に連結されて光ディスクの対物レンズ３１０の下に対物レンズ支持台３２０を介して接合されている。従って、情報を記録して再生する時、レンズを動かすＶＣＭ（図示せず）を介して対物レンズ３１０に集束される光を粗く（コーアスに）メディアに接近させ、多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッド３５０に含まれた間隔制御装置（図１及び図２の１２１及び１２３）を介して開口探針とメディアとの間の原子力を感知することによりメディアの表面に微細（ファイン）に接近させる。Ｚ軸微細垂直駆動器３３０も利用される。この時、対物レンズ３１０に集束された光はメディアのランド−グルーブ構造にフォーカシングされて対物レンズ３１０とメディアとの間の間隔のエラーが１μｍに一定に維持される。
【００３０】
詳細に説明すれば、対物レンズ３１０の下に取り付けられた開口探針とメディア表面との間の間隔はＺ軸微細垂直駆動器３３０が曲がることにより制御されるが、Ｚ軸微細垂直駆動器３３０はその最大変位が数十μｍであって、開口探針とメディア表面とを接触させずに１μｍ以内の間隔に精度良く維持する駆動器である。そして、圧電駆動器１２１はカンチレバー１２０を垂直方向に振動させるだけではなく、開口探針とメディア表面とが近づいた時、開口探針への力をピエゾレジスティブ膜１２３により感知することにより、ナノスケールの間隔を維持可能にする役割もする。このような３重モード接近を通じて速くて安全なアクセスが可能である。一旦、アクセスがなされれば、開口探針とメディアとの間に数ｎｍ以内に一定の間隔だけ維持されれば良いため、対物レンズ３１０を動かす間隔制御構造１２１、１２３によりメディアの上下振動及び表面の微細な形状に沿って２重的に制御される。参照符号４１０は、メディア上の光スポットである。
【００３１】
対物レンズ３１０に集束される光はメディアの情報記録層にフォーカシングされているので、ディスク型メディアにグルーブ構造を通じての情報記録ラインのトラッキングも可能である。一般的に、可視光線を使用する場合、グルーブ間の幅は４００ｎｍが限界であるがゆえに、５０〜１００ｎｍの情報記録ビットを正確にトラッキングするには無理がある。
【００３２】
従って、図５のように、グルーブ構造５２０に単一トラックではなく、約３〜６個の多重トラック概念を導入し、上部の対物レンズに集束される光スポット５１０から反射される回折信号をトラッキングするために、６個のフォトダイオードを通じて単一グルーブトラックに追従する粗トラッキング技術を利用し、ファイントラッキング技術の場合には、記録層上に形成されたジグザグ状の多重トラックライン５３０に追従するアドレスマーク５４０及び記録ビット５５０をカンチレバーの間隔制御装置の側面駆動によって読込むファイントラッキング技術を利用する。
【００３３】
他のファイントラッキング方法は、中村らにより提案された方法（Ｊｐｎ．Ｊ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３７，２２７１（１９９８））掲載論文参照）であるが、対物レンズに連結された３対の光検出器の各々のトラックに位置する光信号を回路的に演算してトラックエラー信号を得、これを通じて１つのグルーブ内の多数のトラックに情報を記録して再生できる。しかし、一般的に、多重カンチレバーを利用した情報の記録及び再生においては、カンチレバーの平面上のチルトにより多重探針のための多重トラック内に正確にトラッキングするのは難しいがゆえに、光学的トラッキングでは記録及び再生ができず、水平方向の駆動器、すなわちＸＹ軸微細水平駆動器３４０を利用した側面微細駆動メカニズムが必要である。
【００３４】
前述したマイクロ集積型近接場光記録ヘッドは、非接触−ＡＦＭ方式によりカンチレバーとメディアとの間の間隔を精度良く調節するので、開口探針及びメディアのき損が最小化できる。
【００３５】
図６は、本発明のさらに他の実施形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。この実施形態は、接触式−ＡＦＭ方式のカンチレバーを利用した間隔制御方式ヘッドの技術を応用したものである。この場合、マイクロ光学部１５５及び開口探針１１０の構造は図１及び図２を参照して前述した非接触−ＡＦＭ方式と類似している。但し、開口探針１１０とメディア１９０との間の間隔は、前記カンチレバー１２０の下面に開口探針１１０の外側に形成された接触探針６１０によって強制制御される。接触探針６１０は先端部が削られてメディア１９０に接触されて開口探針１１０とメディア１９０との間の間隔を一定に維持する。この時、開口探針１１０はメディア１９０と直接的に接触せずに数十ｎｍの間隔を正確に維持するので、き損が事実上ほとんどないという長所がある。この時、接触探針６１０とメディア１９０との間の力はカンチレバー１２０上に形成されたピエゾレジスティブ膜１２３においてカンチレバー１２０の曲がる度合いを感知することにより測定され、これを一定に維持するように、図３及び図４を参照して説明したように、ＶＣＭ及びバイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器などの駆動及び制御システムが作用する。前述した非接触−ＡＦＭ方式の間隔制御技術と比較すれば、図６によるヘッドではカンチレバー１２０に圧電駆動器が不要になるので工程及び制御が単純であり、しかも開口探針１１０が完全に保護されるという長所がある。加えて、非接触−ＡＦＭ方式の場合、単一探針の記録／再生速度がカンチレバーの固有振動数の限界を克服し難いのに対し、この技術は、理論的に無限大の速度にてメディア上を走査しつつ情報を記録して再生できるという長所がある。この時、メディア上において情報を記録して再生するのに必要な平面トラッキング技術は前記非接触−ＡＦＭ方式のヘッドと同様に利用できる。
【００３６】
図７は、本発明のさらに他の実施形態による接触式スライダーマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図であり、図８は、図７に示されたヘッドのチルト調整を通じたトラッキング方法を説明するための図面である。この実施形態では、開口探針とメディアとの間の間隔を制御する他の方法について説明するが、これはマイクロ集積型光ヘッドがヘッドとメディアとの間の間隔や力などを測定してそれを一定に維持する方式ではない。
【００３７】
図７を参照すれば、ハードディスクでのように、開口探針１１０の周りに形成されたサスペンションスライディングパッド７１０とメディア１９０との接触によって間隔が強制制御される。この時、カンチレバー１２０はサスペンションスライディングパッド７１０に取り付けられ、これは、ハードディスクヘッドのように可撓性サスペンション支持台７３０によりメディア１９０に強制的に密着される。このような方式の間隔制御技術を利用すれば、カンチレバー１２０に圧電駆動器及びピエゾレジスティブ膜が不要になるので、ヘッドの駆動及び制御構造が単純になり、しかも高速の走査が可能になるという長所がある。但し、可撓性サスペンション支持台７３０による摩擦力が強くて一定でないがゆえに、接触部による機械的摩耗及び熱が生じるなどの問題がある。しかし、ＮＦＲ探針型ヘッドの場合、記録密度が高くて一次元アレイ形態の多重処理が可能なのでその走査速度が数十ｃｍ／秒と極めて遅く、摩耗及び熱発生の側面では、従来の光ディスクドライブよりも遥かに有利である。図７でのように、サスペンションスライディングパッド７１０は開口探針１１０に近づいて製作されるので、情報の記録及び再生時に開口探針１１０がき損されることが防止できる。
【００３８】
このような接触型サスペンション方式の場合、多重アレイ形態の開口探針が正確に記録された情報領域に追従するトラッキングがやや難しいが、このようなトラッキングのためには水平径方向の精密駆動だけではなく、図８のようなスライディングヘッドの側面チルトのための駆動制御技術が必要である。図３のように、多重探針によりジグザグ状のトラッキングラインを記録し、その後方にアドレス及び情報を入力した後に記録された情報を再生する時には、多重探針がジグザグ状のトラッキングラインに正確にアクセスするように径方向及びチルトを調節してその後方に記録された情報を多重探針により読込む。従って、ヘッドのマイクロ光学部１５５と共に、スライディングヘッドを径方向に制御できる微細駆動器であるアクチュエータだけではなく、チルト制御用水平駆動器８２０もヘッドに取り付ける必要がある。参照符号７２０は、サスペンション本体を表わす。
【００３９】
図１ないし図８を参照してまとめれば、本発明に係るマイクロ集積型近接場光ヘッドを装着した情報ストレージシステム、すなわち光記録装置の全体的な構造は、下記の通りである。回転ディスク型メディア上に前述した集積型光ヘッドが近づいて情報にアクセスするが、正確な位置制御のために、現在使用されている光ディスクヘッド制御用ＶＣＭ及びコーアス／ファイン２重モード駆動器が対物レンズ及びその下に装着された近接場ヘッドを制御する。径方向の一次元多重アレイ形態の開口探針が形成されたヘッド３５０は対物レンズ３１０に取り付けられたＺ軸微細垂直駆動器３３０と、ＸＹ軸微細水平駆動器３４０及びカンチレバーに形成された圧電駆動器１２１によって位置が精度良く調節され、ヘッドとＺ軸微細垂直駆動器３３０及びＸＹ軸微細水平駆動器３４０は上部のＣＤの対物レンズ３１０に取り付けられて使用されることにより、現在の光ディスクのトラッキング技術が利用できる。もし、開口探針の近接場光ヘッドとメディアとの間の間隔が接触探針６１０を利用して接触式−ＡＦＭ方式により制御される場合、カンチレバーの圧電駆動器が不要であり、但し、接触探針６１０とメディアとの間の力をピエゾレジスティブ膜１２３の電位変化を利用して測定して一定に維持する間隔制御技術を利用して摩擦力を一定に維持する。
【００４０】
接触式サスペンションスライディングパッド７１０により調節される場合には、対物レンズ及びカンチレバー構造が不要であり、但し、光導入部及び検出部と共に高投光率開口探針及び接触パッドからなるヘッド部が可撓性サスペンション支持台７３０の圧力によりメディアに接触して微細水平駆動器８２０によりチルト制御される構造を使用する。しかし、３つの場合どれも一次元多重アレイ形態の開口探針ヘッドを使用するため、多重トラックの同時接続のためのチルト制御などのトラッキング技術がいずれも必要とされ、信号の多重処理などの技術が使用されねばならない。
【００４１】
【発明の効果】
以上の実施形態から明らかなように、本発明が開示するヘッドによれば、ディスク型の駆動器を使用しつつ、多数配列された一次元開口探針型近接場ヘッドを利用して光情報を高密度で且つ速度で記録して再生できる。ＭＥＭＳ型ＸＹラスタースキャナー方式の場合、その走査領域があまりにも狭くてその製作工程が複雑であり、しかもその制御が難しいのに対し、回転型ディスク駆動器の場合、その製作が容易であり、情報ストレージとして既に実用化されているので、技術の実現が容易である。開口探針及びその光学部をマイクロ構造により集積化して使用するので多重探針ヘッドの適用が可能になり、現在の近接場光探針の記録及び再生速度の限界を多重的に克服できる。この時、記録密度は５０ｎｍの開口探針の場合に数百Ｇｂｉｔ／ｉｎ２になり得る。また、記録／再生速度の側面からみるとき、単一探針の場合には０．１〜１Ｍｂｐｓ、約１０本の多重探針を使用する場合には１０Ｍｂｐｓ級の性能実現が可能である。これは、現在の情報ストア能力の限界を克服できる方法になり得る。
本発明の特定の実施形態に関する以上の説明は例示及び説明のために提供された。本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術的な思想内であれば、当業者による各種の修正及び変形が可能であるということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。
【図２】図１のヘッドに含まれるカンチレバー部分を拡大して示した斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態による多重カンチレバーマイクロ集積型近接場光記録ヘッドを利用した光記録装置の側面図である。
【図４】図３の光記録装置の平面図である。
【図５】図３に示されたヘッドの２重トラッキング原理を説明するための図面である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態によるマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による接触式スライダーマイクロ集積型近接場光記録ヘッドの側面図である。
【図８】図７のヘッドのチルトを利用したトラッキング原理を説明するための図面である。
【符号の説明】
１１０ 開口探針
１２０ カンチレバー
１２１ 圧電駆動器
１２１ａ 薄膜
１２１ｂ 電極
１２３ ピエゾレジスティブ膜
１３０ マイクロレンズ
１４０ マイクロミラー
１５０ 光ファイバ
１５５ マイクロ光学部
１６０ 光導波路本体
１７０ レーザダイオード
１８０ フォトダイオード
１９０ メディア（記録媒体）
Claims (12)
- 微細トラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器、前記ＸＹ軸微細水平駆動器に連結されたバイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器、及び前記微細トラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器と連結された対物レンズを含む近接場光記録装置において、
光導波路、マイクロレンズ及びマイクロミラーを含むマイクロ光学部と、
前記マイクロ 光学部の下に設けられたカンチレバーと、
前記カンチレバーの下面に１００ｎｍ以下に突設された開口探針と、
前記マイクロ光学部を介して入射される光が前記開口探針を通過しつつ分解能が１００ｎｍ以下の近接場光を利用してメディア上に情報を記録して再生できるように、前記開口探針とメディアとの間の間隔を一定に維持する間隔制御構造とを含み、
前記対物レンズの下に配置され、前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器に接合されていることを特徴とするマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。 - 前記開口探針の長さは５０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。
- 前記間隔制御構造は、
前記カンチレバーの下面に形成されて前記カンチレバーを振動させる強誘電体薄膜を含む圧電駆動器と、
前記開口探針とメディアとの間に働く原子間力(ファンデルワールス力)により振動数が変わるか振動変位が変化することを電位の変化を通じて感知するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。 - 前記間隔制御構造は、前記開口探針とメディアとの間の間隔が強制制御されるように、
前記カンチレバーの下面に前記開口探針の外側に形成された接触探針と、前記メディアと前記接触探針との接触力を感知して前記開口探針とメディアとの間の間隔を一定に維持するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。 - 前記開口探針は、半導体工程を利用してピラミッド構造を持つように形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。
- 近接場の発生量が極大化するように、前記開口探針には光が入射する内部に自己集光物質、高屈折率物質又は表面プラズモンとの結合を極大化させ得る金属薄膜がコーティングされていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。
- 前記光導波路から発せられた光が前記マイクロレンズにより集束され、前記マイクロミラーにより９０゜屈折されて前記開口探針に入射することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。
- 多重探針が同時に多重トラックに情報を記録して再生する構造が実現されるように、請求項１に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッドが一次元アレイ形態に製作されて前記メディアの径方向に配列されていることを特徴とするマイクロ集積型近接場光記録ヘッド。
- 請求項８に記載のマイクロ集積型近接場光記録ヘッドと、前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器と、前記微細トラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器、及び前記対物レンズを含み、
前記対物レンズは支持台により前記微細トラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器と連結され、
前記対物レンズを動かすボイスコイルモータにより前記対物レンズにより集束される光を低精度かつ高変位で前記メディアに接近させ、前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器及び前記間隔制御構造により前記ヘッドを前記メディアの表面に微細に接近させることを特徴とするマイクロ集積型近接場光記録装置。 - 前記対物レンズ及び前記開口探針の平面上又は垂直上の位置は、前記ヘッドを支持する前記バイモルフ型Ｚ軸微細垂直駆動器及び前記微細トラッキング用ＸＹ軸微細水平駆動器と共に前記間隔制御構造により数ｎｍの分解能で制御されることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ集積型近接場光記録装置。
- 前記間隔制御構造は、
前記カンチレバーの下面に形成されて前記カンチレバーを振動させる強誘電体薄膜を含む圧電駆動器と、
前記開口探針とメディアとの間に働く原子間力(ファンデルワールス力)により振動数が変わるか振動変位が変化することを電位の変化を通じて感知するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ集積型近接場光記録装置。 - 前記間隔制御構造は、前記開口探針とメディアとの間の間隔が強制制御されるように、
前記カンチレバーの下面に前記開口探針の外側に形成された接触探針と、
前記メディアと前記接触探針との接触力を感知して前記開口探針とメディアとの間の間隔を一定に維持するように前記カンチレバーの上面に形成されたピエゾレジスティブ薄膜とを含むことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ集積型近接場光記録装置。
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