(57)【要約】【課題】光の近接場効果を用いて記録または再生を行う際に、高効率でかつ高品質な信号を記録、再生可能な光情報記録媒体と、それを用いた光学情報処理装置を実現する。【解決手段】本発明は、平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造１２を備え、波長以下の大きさの微小開口３０ａを備えたプローブ３０で前記微細構造１２に情報が記録される光情報記録媒体１１において、前記微細構造１２は、少なくとも光記録層と金属層（あるいは光記録層と光吸収層と金属層）を有する積層構造からなることを特徴としており、微細構造１２を上記の構成とすることにより、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブ３０で微細構造１２に対して近接場光を発生させ、金属層にプラズモンを励起して光記録層に記録を行うことができ、高効率でかつ安定に大容量の情報の記録、再生を行うことが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造を備え、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記微細構造に情報が記録される光情報記録媒体において、
前記微細構造は、少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造からなることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項２】
平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造を備え、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記微細構造に情報が記録される光情報記録媒体において、
前記微細構造は、少なくとも光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造からなることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項３】
請求項１または２記載の光情報記録媒体において、
前記微細構造は、前記金属層上に誘電体層を有することを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項４】
請求項３記載の光情報記録媒体において、
前記誘電体層がＺｎＳＳｉＯ２からなることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項５】
請求項３または４記載の光情報記録媒体において、
前記誘電体層の厚みが、前記微細構造の大きさよりも薄いことを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記微細構造の最表面に保護層を有することを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記金属層が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）のいずれかの金属からなることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記基板上に形成された微細構造の大きさは、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブの開口寸法と等しいことを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記基板表面が、光の波長よりも小さい凹凸を有していることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項１０】
平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、
平板状のガラス基板の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、
前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、
レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、
前記レジストを除去するリフトオフの工程と、
を有することを特徴とする光情報記録媒体の作製方法。
【請求項１１】
平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、
平板状のガラス基板の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、
前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする光情報記録媒体の作製方法。
【請求項１２】
平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、
平板状のガラス基板の表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、
前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、
レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、
前記レジストを除去するリフトオフの工程と、
を有することを特徴とする光情報記録媒体の作製方法。
【請求項１３】
平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、
平板状のガラス基板の表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、
前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする光情報記録媒体の作製方法。
【請求項１４】
平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、
ガラス基板の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、
前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、
レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、
前記レジストを除去するリフトオフの工程と、
を有することを特徴とする光情報記録媒体の作製方法。
【請求項１５】
平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、
ガラス基板の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、
前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする光情報記録媒体の作製方法。
【請求項１６】
平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造を備え、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記微細構造に情報が記録される光情報記録媒体において、
前記微細構造が、請求項１０〜１５のいずれか一つに記載の作製方法で作製されたことを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項１７】
請求項１〜９、１６のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記微細構造の最表面に、保護層としてダイヤモンドライクカーボンが形成されていることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項１８】
請求項１〜９、１６のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記微細構造の最表面に、保護層としてＳｉＮが形成されていることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項１９】
請求項１〜９、１６〜１８のいずれか一つに記載の光情報記録媒体を用い、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記光情報記録媒体の微細構造に対して近接場光を発生させ、情報の記録または再生を行うことを特徴とする光学情報処理装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の光学情報処理装置において、
前記プローブとして、窒化シリコン膜を形成した石英基板上に、半導体プロセスのフォトリソグラフ技術を用いて円柱状のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして窒化シリコン膜をドライエッチングにより除去し、石英基板をストッパー層として、光学的に透明な石英基板上に高屈折率材料からなる突起を設けた平面型プローブを備えたことを特徴とする光学情報処理装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の光学情報処理装置において、
前記平面型プローブと前記光情報記録媒体とが非接触状態であって、前記平面型プローブと前記光情報記録媒体との距離が使用光源波長以下の領域に保持されていることを特徴とする光学情報処理装置。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれか一つに記載の光学情報処理装置であって、前記光情報記録媒体に近接して保持した平面型プローブより発生する近接場光により所望の情報を前記光情報記録媒体に対して記録または再生する光学情報処理装置において、
所定波長のレーザービームを出射する光源と、前記レーザービームを対物レンズに導き、前記対物レンズを介して前記レーザービームを前記平面型プローブに照射する照明光学系と、前記平面型プローブからの光を受光する検出光学系を有することを特徴とする光学情報処理装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の光学情報処理装置において、
前記平面型プローブに光を集光するための対物レンズの出射面に相対した、前記平面型プローブのレーザー光入射面の表面部上に、無反射コーティング膜が形成されていることを特徴とする光学情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録光の波長以下のサイズの微細構造を有する光情報記録媒体及びその作製方法に関し、さらにはその光情報記録媒体を用い、近接場光学効果を利用して超高密度でデータの記録または再生を行う光学情報処理装置（光学情報記録再生装置）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、オーディオ及びビデオ動画像（motion picture）ファイル、テキストファイルなどのような多様なタイプの情報が組み合わされたマルチメディア時代への進展に伴い、大容量の情報を迅速に処理し格納する大容量の情報の記録及び格納媒体が必要になりつつある。今後、更に普及されると予想される高鮮明（high-definition）動画像とＶＯＤ（Video-On-Demand）のような双方向性画像通信が実現されると、情報記録媒体及び格納媒体の容量は更に増大されることになる。このような要請に従い、現在広く使用される記録媒体に対する多様な記録及び再生方式が提案されているが、このような、データの記録・再生方法の一つとして、光を用いて記録媒体に記録、再生する方法がある。
【０００３】
光を用いた記録方法の代表的な例としては、特定の高分子材料に所定の光を照射してその分子構造を変化させることによる局所的な屈折率の変化を用いるもの（例えば相変化型の記録方式）や、一般に希土類金属と遷移金属からなるアモルファス合金薄膜を所定の磁界中で光を照射し、局所的にキュリー点または補償点以上に加熱することにより局所的な磁化方向を変化させるもの（光磁気記録方式）、などがある。
しかし、これらの方法では、レーザー光をレンズ光学系でスポット状に集光したものを記録媒体に照射して記録または再生を行なうので、このレーザーのスポット径が記録マークの大きさを決定する重要なパラメータになっている。
【０００４】
すなわち、レーザー光のスポットの大きさを小さくすればするほど、光記録媒体に多くの情報を記録し、再生することができ、高記録密度を達成することができるが、このためには、レーザー光の波長を短くし、光ピックアップの対物レンズの開口数（ＮＡ）を増加させなければならない。しかし、レーザー光の波長を短かくし、対物レンズの開口数を増加させて低減可能なレーザー光のスポットの大きさは、該レーザー光の波長程度までである。例えば、レーザー光の波長を短かくするため、現在、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）の光源として用いられている赤色半導体レーザー（〜６６０ｎｍ）に代わって、青色半導体レーザー（〜４００ｎｍ）を前記ＤＶＤの光源に用いると、ＤＶＤの単位面積当たりの記録可能な情報量は、赤色半導体レーザーを用いた場合の記録媒体の情報量に比べて約２．５倍ほど向上させることができる。しかし、このような方法では、光のスポット径は光の回折限界により決まり、記録媒体の情報記録密度を向上するには限界がある。
【０００５】
そこで、上記のような問題点に鑑みて、テラバイト（ＴＢ：terabyte）級の情報量を処理する際の、上記の従来技術とは全く異なる原理に基づく技術として、近接場光学またはボリュームホログラム（Volume Hologram）、光化学ホールバーニング（photo-chemical hole burning）、３次元光記録などのような超高密度記録方式が提案されている。しかし、前記ボリュームホログラム及び光化学ホールバーニングにおいては、記録媒体の使用環境に大きな制約があり、実用化し難いという欠点があった。
【０００６】
一般に、光の回折理論に基いて、光集束スポットの大きさ（長径）は、光源波長及び開口数により決定され、前記光集束スポットの大きさの低減程度により、記録媒体の情報記録密度の上限が決定される。また、光の回折現象は、レンズを用いて光のビームの大きさを小さくするほど、ビームが広くなる性質を有するもので、これを数式に示すと、
θ〜λ／ｄ      ・・・（１）
となる。式中、θは回折角を表し、ｄはビームの直径（waist）を表し、λは光の波長を表す。すなわち、回折理論に基づき、レンズを利用してビームの大きさを小さくするほど回折角は大きくなり、ビームの大きさを所定値以下に低減することはできない。
【０００７】
従って、光記録媒体の記録密度の限界は、
ｄ〜１．２２λ・ＮＡ    ・・・（２）
と近似的に表される光の回折理論により決定される。ここでＮＡは対物レンズの開口数を表す。すなわち、レーザ光の波長（λ）が短いほど、且つ、レンズの開口数（ＮＡ）が大きくなるほど、集光されるビームの大きさは小さくなり、記録媒体の記録面密度は、スポットの大きさの自乗に反比例して増大し、光の波動性による回折現象により、１ビット当たりの記録及び再生可能な情報の最小の大きさは、ほぼ光の波長程度になる。
【０００８】
従って、このような従来の技術においては、光の波長を短くし、開口数が大きいレンズを用いて集束光のスポットの大きさを小さくし、記録密度を増大させる方法が最善であり、該方法により得られる記録密度は、２０〜３０Ｇbit／in2 が限界になると予想される。すなわち、従来のシステムでは、光を電磁波として利用するため、記録密度を向上させるとき、回折限界に伴う制約が避けられないという問題点があった。
【０００９】
そこで、このような回折限界を克服するため、近接場領域（物質の表面から光波長以下の距離）の近接場に存在する光を記録媒体への光源として用いる方法が提案されている。すなわち、光の波長よりも小さい開口から発生する近接場光は原則的に放射されない。この近接場光を開口付近に位置した材料と相互作用させるという方法を用いて、記録媒体への情報の記録及び再生を行うことにより、回折限界を克服して、従来の光記録の情報記録密度を飛躍的に向上できる可能性がある。
【００１０】
この近接場光を利用して高速で情報の記録、再生を行うための従来技術として、平面アレイ型プローブが提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。この平面アレイ型プローブでは、シリコン基板を異方性エッチングすることにより、同一基板上に微小開口をアレイ状に作製している。したがって、１つの素子にプローブが多数個あることになり、素子自体の掃引速度はそれほど高速である必要はない。また、碁盤目状に並んだプローブに対し記録媒体は回転するように配置され、２次元平面上に配置されたプローブはそれぞれ記録媒体上の異なった点を通過することになる。
【００１１】
また、これらの平面アレイ型プローブは、Ｓｉ基板を異方性エッチングにより掘り込むことで微小開口を作製していた。この場合、レーザー光がプローブを通過する部分は、空洞であり、より高効率な光出力（すなわち、より高速な光書き込み、読み出しをするため）が必要となったときに、この空洞部分を光の閉込め効果の高い屈折率の高い物質で充填する必要があった。
【００１２】
この課題に対して、透明な基板上に高屈折率材料からなる円錐台状の突起が形成されている近接場光プローブが提案されている。また、この近接場光プローブの製造方法において、上記高屈折率材料からなる円錘台状の突起をドライエッチングにより形成することが提案されている（特許文献３参照）。この近接場光プローブでは、寸法制御性が良く、また屈折率を高くしているため、微小開口から出射される光等の到達性に優れている。
【００１３】
また、複数の微小開口列を有し、当該微小開口の近傍に近接場光を発生させて光記録媒体に記録・再生を行なうための平面開口プローブを形成する方法として、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、少なくとも、リング形状パターンを有するフォトマスクと、拡散光成分を有する露光手段とを用い、基板上に円錐形感光性樹脂パターンの潜像を形成する工程と、円錐形感光性樹脂パターンの潜像を現像する工程と、円錐形感光性樹脂パターンをドライエッチングにより基板に転写する工程により、透明な基板上に円錐台状の突起が形成されている近接場光プローブが提案されている（特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８参照）。
【００１４】
また、近接場記録方法に適した光記録再生媒体及び、その製造方法として、光スポットの案内溝を構成する凹凸において、該凹部もしくは凸部の少なくとも一方の、前記案内溝に直交する方向における断面形状を、光スポットの光軸に対して直交する辺を有しないように形成した光記録再生媒体、この光記録再生媒体を用いてトラッキング方法を改良した光記録再生方法、並びに、矩形状の凹凸を形成し、熱処理により前記矩形状の凹凸を変形するようにした光記録再生媒体の製造方法が提案されている（特許文献９参照）。
【００１５】
さらに、照射光強度に依存して凹部または凸部を形成する感光材料を用いた被加工品に対し、強度を制御された照射光を用いて、感光材料面に微細な凹凸形状を加工する微細光加工方法により、微細加工物や光記録媒体において、単一の感光材料及び光学系によって簡易かつ安価に、微細な凹凸形状の加工もしくは２値又は多値の凹凸形状の情報記録ビットを形成する方法も提案されている（特許文献１０参照）。
また、記録媒体上に光の波長以下のサイズの微細構造と記録層を形成し、光の波長以下の微小開口を備えた平面型プローブの微小開口から放射する近接場光により記録媒体上の記録層に情報を記録し、また、プローブから放射する近接場光の記録媒体上の記録層に対する結合を高め、高効率でかつ安定に情報を記録し、再生する方法が提案されている。さらに、記録媒体上の微細構造を積層構造にすることにより、プローブから放射する近接場光の記録媒体に記録層に対する結合効率をより向上させ、高効率でかつ安定に情報を記録し再生する方法が提案されている（特許文献１１参照）。
【００１６】
【特許文献１】特許３０２３０８５号公報
【特許文献２】特開平１１−１９１２３８号公報
【特許文献３】特開２００２−３４０７７３号公報
【特許文献４】特開２００３−３１７３０１号公報
【特許文献５】特開２００３−３２２６０３号公報
【特許文献６】特開２００４−５９０５号公報
【特許文献７】特開２００４−３９０４１号公報
【特許文献８】特開２００４−６１２１９号公報
【特許文献９】特開２０００−３２２７７２号公報
【特許文献１０】特開２００３−３９４００号公報
【特許文献１１】特開２００３−３０８６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上のように、近接場光を利用して記録、再生を行なう光情報記録媒体や装置に関する提案が種々なされているが、本発明は以上のような状況を踏まえた上で、光の近接場効果を用いて記録または再生を行う際に、高効率でかつ高品質な信号を記録、再生可能な光情報記録媒体と、その作製方法を提供することを目的とする。また、本発明は、その光情報記録媒体を用いて、高効率でかつ高品質な信号を記録、再生可能な光情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造を備え、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記微細構造に情報が記録される光情報記録媒体において、前記微細構造は、少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造からなることを特徴とする（請求項１）。
また、本発明の第２の手段は、平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造を備え、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記微細構造に情報が記録される光情報記録媒体において、前記微細構造は、少なくとも光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造からなることを特徴とする（請求項２）。なお、光吸収層は光を吸収して熱を発生するため、熱反応層とも言う。
【００１９】
本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の光情報記録媒体において、前記微細構造は、前記金属層上に誘電体層を有することを特徴とする（請求項３）。
また、本発明の第４の手段は、第３の手段の光情報記録媒体において、前記誘電体層がＺｎＳＳｉＯ２からなることを特徴とする（請求項４）。
さらに本発明の第５の手段は、第３または第４の手段の光情報記録媒体において、前記誘電体層の厚みが、前記微細構造の大きさよりも薄いことを特徴とする（請求項５）。
【００２０】
本発明の第６の手段は、第１〜第５のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記微細構造の最表面に保護層を有することを特徴とする（請求項６）。
また、本発明の第７の手段は、第１〜第６のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記金属層が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）のいずれかの金属からなることを特徴とする（請求項７）。
さらに本発明の第８の手段は、第１〜第７のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記基板上に形成された微細構造の大きさは、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブの開口寸法と等しいことを特徴とする（請求項８）。
また、本発明の第９の手段は、第１〜第８のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記基板表面が、光の波長よりも小さい凹凸を有していることを特徴とする（請求項９）。
【００２１】
本発明の第１０の手段は、平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、平板状のガラス基板の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、前記レジストを除去するリフトオフの工程と、を有することを特徴とする（請求項１０）。
【００２２】
本発明の第１１の手段は、平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、平板状のガラス基板の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、を有することを特徴とする（請求項１１）。
【００２３】
本発明の第１２の手段は、平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、平板状のガラス基板の表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、前記レジストを除去するリフトオフの工程と、を有することを特徴とする（請求項１２）。
【００２４】
本発明の第１３の手段は、平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、平板状のガラス基板の表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、を有することを特徴とする（請求項１３）。
【００２５】
本発明の第１４の手段は、平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、ガラス基板の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、前記レジストを除去するリフトオフの工程と、を有することを特徴とする（請求項１４）。
【００２６】
本発明の第１５の手段は、平板状の基板上に、記録光の波長以下の大きさの微細構造を備えた光情報記録媒体の作製方法であって、ガラス基板の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、を有することを特徴とする（請求項１５）。
【００２７】
本発明の第１６の手段は、平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造を備え、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記微細構造に情報が記録される光情報記録媒体において、前記微細構造が、第１０〜第１５のいずれか一つの手段の作製方法で作製されたことを特徴とする（請求項１６）。
【００２８】
本発明の第１７の手段は、第１〜第９、第１６のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記微細構造の最表面に、保護層としてダイヤモンドライクカーボンが形成されていることを特徴とする（請求項１７）。
また、本発明の第１８の手段は、第１〜第９、第１６のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記微細構造の最表面に、保護層としてＳｉＮが形成されていることを特徴とする（請求項１８）。
【００２９】
本発明の第１９の手段は、光学情報処理装置であって、第１〜第９、第１６〜第１８のいずれか一つの手段の光情報記録媒体を用い、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記光情報記録媒体の微細構造に対して近接場光を発生させ、情報の記録または再生を行うことを特徴とする（請求項１９）。
【００３０】
本発明の第２０の手段は、第１９の手段の光学情報処理装置において、前記プローブとして、窒化シリコン膜を形成した石英基板上に、半導体プロセスのフォトリソグラフ技術を用いて円柱状のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして窒化シリコン膜をドライエッチングにより除去し、石英基板をストッパー層として、光学的に透明な石英基板上に高屈折率材料からなる突起を設けた平面型プローブを備えたことを特徴とする（請求項２０）。
また、本発明の第２１の手段は、第２０の手段の光学情報処理装置において、前記平面型プローブと前記光情報記録媒体とが非接触状態であって、前記平面型プローブと前記光情報記録媒体との距離が使用光源波長以下の領域に保持されていることを特徴とする（請求項２１）。
【００３１】
本発明の第２２の手段は、第１９〜第２１のいずれか一つの手段の光学情報処理装置であって、前記光情報記録媒体に近接して保持した平面型プローブより発生する近接場光により所望の情報を前記光情報記録媒体に対して記録または再生する光学情報処理装置において、所定波長のレーザービームを出射する光源と、前記レーザービームを対物レンズに導き、前記対物レンズを介して前記レーザービームを前記平面型プローブに照射する照明光学系と、前記平面型プローブからの光を受光する検出光学系を有することを特徴とする（請求項２２）。
また、本発明の第２３の手段は、第２２の手段の光学情報処理装置において、前記平面型プローブに光を集光するための対物レンズの出射面に相対した、前記平面型プローブのレーザー光入射面の表面部上に、無反射コーティング膜が形成されていることを特徴とする（請求項２３）。
【発明の効果】
【００３２】
第１の手段の光情報記録媒体では、前記微細構造は、少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造からなるので、高効率でかつ安定に大容量の情報を記録、再生することができる。
また、本発明の第２の手段の光情報記録媒体では、前記微細構造は、少なくとも光記録層と光吸収層（熱反応層）と金属層を有する積層構造からなるので、より高効率でかつ安定に大容量の情報を記録、再生することができる。
【００３３】
第３、第４の手段の手段の光情報記録媒体では、第１または第２の手段の構成及び効果に加え、前記微細構造は、前記金属層上に誘電体層を有するので、該誘電体層により微細構造の中心付近に光を集中させることが可能となり、より良好かつ高密度に情報を記録、再生することができる。
また、第５の手段の光情報記録媒体では、第３、第４の手段の構成及び効果に加え、前記誘電体層の厚みが、前記微細構造の大きさよりも薄いので、光記録層に良好な光分布形状でかつ高効率に近接場光を結合することができる。
【００３４】
本発明の第６の手段の光情報記録媒体では、第１〜第５のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記微細構造の最表面に保護層を有することにより、記録媒体表面の磨耗を防ぐことができ、記録、再生時の信頼性を向上することができる。
を特徴とする。
また、本発明の第７の手段の光情報記録媒体では、第１〜第６のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記金属層が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）のいずれかの金属からなるので、従来より高効率かつ安定に大容量の情報を記録、再生することが可能になる。
さらに本発明の第８の手段の光情報記録媒体では、第１〜第７のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記基板上に形成された微細構造の大きさは、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブの開口寸法と等しいので、高効率にプローブ先端に設けられた微小開口からの光を記録媒体に結合することができ、良好な記録マークの形成、高ＳＮ比での信号の再生が可能になる。
また、本発明の第９の手段の光情報記録媒体では、第１〜第８のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記基板表面が、光の波長よりも小さい凹凸を有しているので、より高効率にプローブ先端に設けられた微小開口からの光を記録媒体に結合することができ、良好な記録マークの形成、高ＳＮ比での信号の再生が可能になる。
【００３５】
本発明の第１０の手段の光情報記録媒体の作製方法では、平板状のガラス基板の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、前記レジストを除去するリフトオフの工程と、を有するので、安定かつ安価に光情報記録媒体を作製することが可能になる。
【００３６】
本発明の第１１の手段の光情報記録媒体の作製方法では、平板状のガラス基板の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、を有するので、安定かつ安価に光情報記録媒体を作製することが可能になる。
【００３７】
本発明の第１２の手段光情報記録媒体の作製方法では、平板状のガラス基板の表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、前記レジストを除去するリフトオフの工程と、を有するので、安定かつより安価に光情報記録媒体を作製することが可能になる。
【００３８】
本発明の第１３の手段の光情報記録媒体の作製方法では、平板状のガラス基板の表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、を有するので、安定かつより安価に光情報記録媒体を作製することが可能になる。
【００３９】
本発明の第１４の手段の光情報記録媒体の作製方法では、ガラス基板の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジストを残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、前記レジストを除去するリフトオフの工程と、を有するので、安定かつ安価に光情報記録媒体を作製することが可能になる。
【００４０】
本発明の第１５の手段の光情報記録媒体の作製方法では、ガラス基板の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジストにより微細な凹凸を形成する工程と、前記レジストを後退させながらガラス基板をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層と金属層を有する積層構造、あるいは光記録層と光吸収層と金属層を有する積層構造を形成する工程と、を有するので、安定かつ安価に光情報記録媒体を作製することが可能になる。
【００４１】
本発明の第１６の手段の光情報記録媒体では、微細構造が、第１０〜第１５のいずれか一つの手段の作製方法で作製されるので、高効率でかつ安定に大容量の情報を記録、再生することができる光情報記録媒体を安定かつ安価に提供することができる。
【００４２】
本発明の第１７の手段の光情報記録媒体では、第１〜第９、第１６のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記微細構造の最表面に、保護層としてダイヤモンドライクカーボンが形成されているので、表面の磨耗に強く高信頼性で情報の記録、再生を行うことが可能になる。
また、本発明の第１８の手段の光情報記録媒体では、第１〜第９、第１６のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記微細構造の最表面に、保護層としてＳｉＮが形成されているので、表面の磨耗に強く高信頼性で情報の記録再生を行うことが可能になる。
【００４３】
本発明の第１９の手段の光学情報処理装置では、第１〜第９、第１６〜第１８のいずれか一つの手段の光情報記録媒体を用い、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記光情報記録媒体の微細構造に対して近接場光を発生させ、情報の記録または再生を行うので、高効率かつ安定に大容量の情報を記録、再生することができる。また、良好な記録マークの形成、高ＳＮ比での信号の再生が可能になる。
【００４４】
本発明の第２０の手段の光学情報処理装置では、第１９の手段の構成及び効果に加え、前記プローブとして、窒化シリコン膜を形成した石英基板上に、半導体プロセスのフォトリソグラフ技術を用いて円柱状のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして窒化シリコン膜をドライエッチングにより除去し、石英基板をストッパー層として、光学的に透明な石英基板上に高屈折率材料からなる突起を設けた平面型プローブを備えたので、微細な記録マークを高密度、高効率かつ安定に記録、再生することができる。
また、本発明の第２１の手段の光学情報処理装置では、第２０の手段の構成及び効果に加え、前記平面型プローブと前記光情報記録媒体とが非接触状態であって、前記平面型プローブと前記光情報記録媒体との距離が使用光源波長以下の領域に保持されているので、微細な記録マークを高密度、高効率かつ安定に記録、再生することができる。
【００４５】
本発明の第２２の手段の光学情報処理装置では、第１９〜第２１のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記光情報記録媒体に近接して保持した平面型プローブより発生する近接場光により所望の情報を前記光情報記録媒体に対して記録または再生する光学情報処理装置において、所定波長のレーザービームを出射する光源と、前記レーザービームを対物レンズに導き、前記対物レンズを介して前記レーザービームを前記平面型プローブに照射する照明光学系と、前記平面型プローブからの光を受光する検出光学系を有するので、高効率かつ安定に平面型プローブにレーザービームを結合することができ、記録媒体に対して情報を高効率かつ安定に記録、再生することができる。
また、本発明の第２３の手段の光学情報処理装置では、第２２の手段の構成及び効果に加え、前記平面型プローブに光を集光するための対物レンズの出射面に相対した、前記平面型プローブのレーザー光入射面の表面部上に、無反射コーティング膜が形成されているので、より高効率かつ安定に平面型プローブにレーザービームを結合することができ、記録媒体に対して情報を高効率かつ安定に記録、再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明に係る光情報記録媒体及びその作製方法、並びにその光情報記録媒体を用いた光学情報処理装置の構成、動作について図示の実施例に基いて詳細に説明する。
【実施例】
【００４７】
図１は本発明に係る光情報記録媒体の微細構造と、近接場光を用いるプローブの概要を示す概略要部斜視図である。図１に示すように、本実施例では、入射波長よりも十分小さいサイズの微小開口３０ａを備えたプローブ３０の先端から近接場光を発生させ、光情報記録媒体１１に照射する。光情報記録媒体１１の基板上には、プローブ３０の微小開口３０ａとほぼ同じ大きさを持った微細構造１２が形成されている。この微細構造１２に、プローブ３０の先端から近接場光を照射することにより、あらかじめ光情報記録媒体１１に形成された微細構造１２に記録されている情報を再生することが可能である。また、光情報記録媒体１１に記録可能な材料を形成することにより、追記型あるいは書き換え型の情報記録が可能である。
【００４８】
図２に本発明の光学情報処理装置の構成例を示す。図１に示した近接場光用のプローブ３０に相当する部分は、平面型プローブ２７の基板２９の底面に突起形状で形成されている。この突起形状のプローブ３０は一次元あるいは二次元のアレイ状に形成することが可能であり、アレイ化されたプローブからは、逐次的あるいは並列的に光情報記録媒体１１からの情報を再生可能である。このプローブ３０あるいはアレイ状にしたプローブ部を基板２９の底面に形成した平面型プローブ２７はスライダ状にホルダ２８に支持されて、移動または回転する光情報記録媒体１１上を走引される。光情報記録媒体１１は、平板状（または円板状）の基板１３上に記録光の波長以下のサイズの微細構造１２を形成した微細構造層を有し、その表面には図示しない保護層を備え、スライダ状に走引される平面型プローブ２７との磨耗に耐えるように構成されている。また、微細構造１２は複数の物質からなる複数の層で構成された積層構造になっている。なお、微細構造の詳細については後述する。
【００４９】
図２において、光源である半導体レーザー２１から照射されたレーザー光はコリメータレンズ２２により平行光束に変換されビームスプリッタ２３に入射する。ビームスプリッタ２３を通過した光束は対物レンズ２６によって平面型プローブ２７の基板２９底面に形成されたプローブ３０にスポットを結像し、プローブ３０の突起先端部より近接場光を発生させる。発生した近接場光は光情報記録媒体１１に形成された微細構造１２に結合する。再生の場合、光情報記録媒体１１から反射する近接場光成分を、平面型プローブ２７の基板２９底面に形成されたプローブ３０で検出する。検出した近接場光はプローブ部分を通して対物レンズ２６により平行光束に変換され、ビームスプリッタ２３で偏向されて、結像レンズ２４で光検出器２５上にスポットを結ぶ。この光検出器上の光強度の明暗により、光情報記録媒体３０上に記録された情報を再生することができる。
【００５０】
また、図２の構成に代えて、図３に示すように、平面型プローブ２７のプローブ３０で発生した近接場光を光情報記録媒体１１に照射し、光情報記録媒体１１の基板１３を透過した光を結像レンズ２４と光検出器２５で検出するようにすることでも情報の記録、再生を行うことができる。この場合には図２に示した実施例と異なり、ビームスプリッタ２３が不用であり、結像レンズ２４で光検出器２５上に記録媒体表面の近接場光を照射した部分の光を結像し検出する。そして、この光検出器２５上の光強度の明暗により、記録媒体上に記録された情報を再生することができる。
【００５１】
本発明においては、光情報記録媒体１１の基板表面に、例えば図１に示すような円柱形状の微細構造１２を形成することにより、微小開口３０ａを有するプローブ３０から、高効率に近接場光を利用することが可能である。
【００５２】
次に図１に示した光情報記録媒体１１の微細構造１２の一例を図４に示す。この図４は、図１に示した光情報記録媒体の微細構造１２の部分を拡大して示す概略要部斜視図である。ここで微細構造の大きさは光源波長以下の大きさであり、例えばその直径は３０ｎｍである。図中の符号４４は基板上に形成された微細構造突起であり、ガラスもしくはイオンをドープした高屈折率ガラス、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどのシリコン化合物材料、ＺｎＳ、ＣａＳ、ＢａＳなどの硫化物材料、ＺｎＳｅ、ＢａＳｅなどのセレン化物材料、ＣａＦ２、ＢａＦ２などのフッ素化合物材料、ＺｎＳＳｉＯ２などから構成されている。そして、この微細構造突起４４の上に、光記録層４３、金属層４２、誘電体層４１が積層されている。
【００５３】
誘電体層４１としては、ガラスもしくはイオンをドープした高屈折率ガラス、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどのシリコン化合物材料、ＺｎＳ、ＣａＳ、ＢａＳなどの硫化物材料、ＺｎＳｅ、ＢａＳｅなどのセレン化物材料、ＣａＦ２、ＢａＦ２などのフッ素化合物材料、ＺｎＳＳｉＯ２などを用いることができ、特に、ＺｎＳＳｉＯ２が好ましい。この誘電体層４１の厚みは少なくとも微細構造１２の直径よりも小さく、入射する光の波長よりも十分小さい必要とき、光記録層４３に良好な光分布形状でかつ高効率に近接場光を結合することができる。
【００５４】
光記録層４３の材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの半導体材料、ＢｉＴｅ、ＢｉＩｎ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＴｅ、ＳｎＳｎなどの低融点金属を含む金属間化合物材料、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＣｕＯなどの酸化物材料、Ｃ、ＳｉＣなどの炭化物材料、ＡｌＮなどの窒化物材料、ＳｂＴｅなどの２元系の相変化材料や、ＧｅＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＴｅ、ＢｉＳｂＴｅ、ＧａＳｂＴｅなどの３元系の相変化材料、ＡｇＩｎＳｂＴｅなどの４元系材料の相変化材料などである。
また、金属層４２としては、プラズモンを励起することができるＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔなどを用いることが望ましい。
【００５５】
このような積層構造からなる微細構造１２の突起に図１、図２または図３に示すようなプローブ３０から結合した近接場光は、微細構造に金属層４２があるため、金属層４２でプラズモンを発生することにより、高効率で微細構造１２に結合することができる。金属層４２に結合した近接場光は、プラズモンに結合し強度が増強された後、その直下の光記録層４３に転写される。光記録層４３は結合した近接場光を吸収し、発熱する。光記録層４３が相変化材料であれば、結合した近接場光による発熱により、例えば結晶相からアモルファス相、もしくはアモルファス相から結晶相へ相変化することにより情報を記録することができる。また、光磁気材料では近接場光の照射時に磁界を印加することで、情報を記録することが可能である。
【００５６】
誘電体層４１は、金属層４２で生じるプラズモンによって増強された近接場光の微細構造内での空間分布を良好にするために形成されている。ここで微細構造に誘電体層４１がある場合と無い場合の記録媒体の微細構造中の近接場光の強度分布を図５に示す。微細構造に誘電体層４１が無い場合には、入射偏光に直交した微細構造のエッジ部分に近接場光の強い部分が分布するが、誘電体層４１があることにより、微細構造の中心付近に強度の強い部分が位置する単一ピークを有する形状になり、より狭い範囲に近接場光を集中させることが可能になる。このため、誘電体層４１を有する積層構造により、良好かつ高密度に情報を記録・再生することができる。ここで誘電体層４１の厚みは入射光の波長よりも十分小さく、少なくとも微細構造１２の直径よりも薄い必要がある。
【００５７】
また、微細構造の積層構造としては、図６に示すような構成でも同様な効果が得られる。図６は微細構造の別の例を示す図であり、図１に示した光情報記録媒体の微細構造１２の部分を拡大して示す概略要部斜視図である。ここで微細構造の大きさは光源波長以下の大きさであり、例えばその直径は３０ｎｍである。図中の符号５５は基板上に形成された微細構造の突起であり、ガラスもしくはイオンをドープした高屈折率ガラス、ＳｉＯ２、ＳｉＯｎ、ＳｉＮなどのシリコン化合物材料、ＺｎＳ、ＣａＳ、ＢａＳなどの硫化物材料、ＺｎＳｅ、ＢａＳｅなどのセレン化物材料、ＣａＦ２、ＢａＦ２などのフッ素化合物材料、ＺｎＳＳｉＯ２などから構成されている。そしてこの微細構造の突起５５の上に、熱反応層５４、光記録層５３、熱反応層（光吸収層）５２、金属層５１が積層されている。
【００５８】
熱反応層５２、５４としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯｎ、ＳｉＮなどのシリコン化合物材料、ＺｎＳ、ＣａＳ、ＢａＳなどの硫化物材料、ＺｎＳｅ、ＢａＳｅなどのセレン化物材料、ＣａＦ２、ＢａＦ２などのフッ素化合物材料を用いることができる。
光記録層５３の材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの半導体材料、ＢｉＴｅ、ＢｉＩｎ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＴｅ、ＳｎＳｎなど低融点金属を含む金属間化合物材料、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ４、ＣｕＯなどの酸化物材料、Ｃ、ＳｉＣなどの炭化物材料、ＡｌＮなどの窒化物材料、ＳｂＴｅなどの２元系の相変化材料や、ＧｅＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＴｅ、ＢｉＳｂＴｅ、ＧａＳｂＴｅなどの３元系の相変化材料、ＡｇＩｎＳｂＴｅなどの４元系材料の相変化材料である。
また、金属層５１としてはプラズモンを励起することができるＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔなどを用いることが望ましい。
【００５９】
このような積層構造からなる微細構造１２の突起に図１、図２または図３に示すようなプローブ３０から結合した近接場光は、微細構造に金属層４１があるため、金属層４２でプラズモンを発生することにより、高効率で微細構造に結合することができる。金属層５１に結合した近接場光は、プラズモンに結合し強度が増強された後、その直下の熱反応層（光吸収層）５２に転写され、光の吸収により熱反応層（光吸収層）５２で発生した熱が光記録層５３に転写される。光記録層５３が相変化材料であれば、例えば結晶相からアモルファス相、もしくはアモルファス相から結晶相へ相変化することにより情報を記録することができる。また、光磁気材料では近接場光の照射時に磁界を印加することで、情報を記録することが可能である。なお、光記録層５３の下の熱反応層５４は、光記録層５３で発生した熱を閉じ込めるために形成されている。また、図示しないが図６に示すような積層構造の場合にも、図４に示す構造と同様に金属層５１の上に誘電体層を設けることができ、誘電体層を設けることにより、金属層５１で生じるプラズモンによって増強された近接場光の微細構造内での空間分布を良好にすることができる。
【００６０】
ところで、図１〜３に示すような近接場光を用いる光学情報処理装置においては、微小開口３０ａを有するプローブ３０の先端部に設けられた開口半径の大きさと、近接場光を照射される光情報記録媒体１１の微細構造１２の大きさがほぼ同じ時に、開口先端から記録媒体に結合する光強度は最大になる。したがって記録媒体１１にプローブ３０の開口半径と同程度の微細構造１２が形成されているとき、微細構造がない平面形状のときに比べて高効率で光を利用することができるので、微細構造１２の大きさはプローブ３０の開口半径と同程度であることが望ましく、微細構造間の間隔は微細構造の大きさ以上であることが望ましい。
【００６１】
また、この場合、図１に示すプローブ３０と光情報記録媒体１１の間隔は入射光の波長より十分接近していることが必要である。さらにこの場合には図２に示すように作製した平面型プローブ２７を浮上型ヘッドのように形成することにより、光情報記録媒体１１と平面型プローブ２７の微小開口部の間隔を一定且つ微小に保つことが可能になり、より微少な記録マークが形成できることにより超高密度記録が可能である。
【００６２】
光情報記録媒体１１側の微細構造１２は、屈折率の実部がある間隔で変化しているもの、あるいは虚部すなわち、吸収率がある間隔で変化している構造などでもよい。基板１３としては、例えば化学強化ガラス（アルミノシリケート系ガラスなど）、石英ガラスなどがあり、その厚みは通常０．５〜１．５ｍｍ、好ましくは０．６〜１．２ｍｍである。
【００６３】
また、光情報記録媒体１１側の微細構造１２は、例えば以下に述べるような方法で作製可能である。
光情報記録媒体の作製方法の一例としては、図７に示すように、（ａ）平板状（方形状または円板状の平板）のガラス基板６２の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、（ｂ）その表面にレジスト６３により微細な凹凸を形成する工程と、（ｃ）前記レジストを後退させながらガラス基板６２をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、（ｄ）レジスト６３を残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層６７と金属層６５を有する積層構造、あるいは光記録層６７と光吸収層６６と金属層６５を有する積層構造を形成する工程と、（ｅ）前記レジスト６３を除去するリフトオフの工程とを行うことにより、微細な積層構造を有する光情報記録媒体６１を作製することができる。
【００６４】
より具体的に述べると、まず図７（ａ）に示すように、平板状のガラス基板６２の表面全面にイオンを注入し、高屈折率層６４を形成する。次に図７（ｂ）に示すように、その表面にレジスト６３により円柱形状の凹凸を形成した後、図７（ｃ）に示すように、レジスト６３を後退させながらガラス基板６２の高屈折率層６４をエッチングしてガラス基板表面に所定の微細構造の高屈折率層６４の凹凸を形成する。さらに図７（ｄ）に示すように、レジスト６３を残した状態で、表面全体に光記録層６７、熱反応層（光吸収層）６６、金属層６５を積層形成する。ここで金属層６５の次ぎに熱反応層（光吸収層）６６を形成することで図６に示した積層構造の微細構造を形成することができる。この状態で図７（ｅ）に示すように、レジスト６３を除去することにより、金属層６５、熱反応層（光吸収層）６６、光記録層６７を有する積層構造の微細構造が形成された光情報記録媒体６１を作製することができる。なお、上記の積層工程において、金属層６５の上にさらに誘電体層を積層してもよく、また、光記録層６７の下に熱反応層を設けてもよい。
【００６５】
また、光情報記録媒体の作製方法の別の例としては、図８に示すように、（ａ）平板状（方形状または円板状の平板）のガラス基板７２の表面全面に高屈折率化できるイオンを注入し、（ｂ）その表面にレジスト７３により微細な凹凸を形成する工程と、（ｃ）前記レジストを後退させながらガラス基板７２をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジスト７３を除去する工程と、（ｄ）レジストを除去した基板表面全体に少なくとも光記録層７７と金属層７５を有する積層構造、あるいは光記録層７７と光吸収層７６と金属層７５を有する積層構造を形成する工程とを行うことにより、微細な積層構造を有する光情報記録媒体７１を作製することができる。
【００６６】
より具体的に述べると、まず図８（ａ）に示すように、ガラス基板７２の表面全面にイオンを注入し、高屈折率層７４を形成する。次に図８（ｂ）に示すように、その表面にレジスト７３により円柱形状の凹凸を形成した後、図８（ｃ）に示すように、レジスト７３を後退させながらガラス基板７２の高屈折率層７４をエッチングしてガラス基板表面に所定の微細構造の高屈折率層７４の凹凸を形成する。次にレジスト７３を除去した後、図８（ｄ）に示すように、基板表面全体に光記録層７７と熱反応層（光吸収層）７６と金属層７５を積層形成する。ここで金属層７５の次ぎに熱反応層（光吸収層）７６を形成することで図６に示した積層構造の微細構造を形成することができる。また、図８（ｄ）の光情報記録媒体７１では表面に上記積層構造の突起が形成されるが、この状態から表面を研磨することで突起部分を除去すれば、図７（ｅ）と同様な、表面が平面な光情報記録媒体を作製することができる。なお、上記の積層工程において、金属層６５の上にさらに誘電体層を積層してもよく、また、光記録層６７の下に熱反応層を設けてもよい。
【００６７】
以上の図７、図８に示した作製方法では、ガラス基板６２，７２に高屈折率層６４，７４を形成しているが、高屈折率層６４，７４を形成することなく、基板６２，７２に直接フォトリソグラフィーを行い、ガラス基板そのものをエッチングした後、図７（ｂ）〜(e)、または図８（ｂ）〜（ｄ）の工程を行うことにより、同様の微細構造を有した光情報記録媒体を作製することが可能である。
【００６８】
すなわち、その場合の作製方法の一例としては、図７において、ガラス基板６２へのイオン注入を行わずに、直接平板状のガラス基板６２の表面にレジスト６３により微細な凹凸を形成する工程と、前記レジスト６３を後退させながらガラス基板６２をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジスト６３を残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層６７と金属層６５を有する積層構造、あるいは光記録層６７と光吸収層（熱反応層）６６と金属層６５を有する積層構造を形成する工程と、前記レジスト６３を除去するリフトオフの工程とを行うことにより、図７と同様の積層構造を作製することができる。
【００６９】
また、別の例としては、図８において、ガラス基板７２へのイオン注入を行わずに、直接平板状のガラス基板７２の表面にレジスト７３により微細な凹凸を形成する工程と、前記レジスト７３を後退させながらガラス基板７２をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジスト７３を除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層７７と金属層７５を有する積層構造、あるいは光記録層７７と光吸収層（熱反応層）７６と金属層７５を有する積層構造を形成する工程とを行うことにより、図８と同様の積層構造を作製することができる。
【００７０】
以上に述べた作製方法に用いるガラス基板としては、例えば化学強化ガラス（アルミノシリケート系ガラスなど）、石英ガラスなどがあり、その厚みは通常０．５〜１．５ｍｍ、好ましくは０．６〜１．２ｍｍである。不純物としては、ナトリウム、カリウム、リチウム、マグネシウム、タリウムなどが挙げられるが、特に分極率の大きいイオンもしくは分極能力の大きいイオンが良い。前者としては、Ｔｌ（タリウム）が良い。後者としては、Ｌｉ（リチウム）が良い。さらに、基板表面に、選択的にイオン注入するには、イオン半径が大きい前者のＴｌが良い。イオンの注入は例えばイオン注入法、イオン交換法、エレクトロフロート法などがあるが、特にイオン注入法が好ましい。この場合、注入するイオン濃度を大きくすることにより、屈折率も大きくなる。したがって、凸部の屈折率は、注入するイオンの種類やその注入ドープ量を変えることで、簡単に変えることができる。
【００７１】
また、上記した屈折率を高めるために導入する物質としては種々のものがあるが、例えばイオン交換法の場合では、イオン交換を効率よく行うために高温ガラス中での移動度が十分大きくなければならないこと及びガラス中に多量にドープしてもその性質を損なわないことなどの条件から１価イオンが選択される。さらに、光プローブ（例えば、光ファイバープローブや平面プローブ）の性能を高めるためには、なるべく屈折率を高める効果を持ったイオンが望まれる。このことを考慮するとタリウムイオン（Ｔｌ＋）やセシウムイオン（Ｃｓ＋）が適当である。タリウムイオン（Ｔｌ＋）は、外殻電子配列が非希ガラス型（１８＋２）構造であり、高温ガラス中で拡散し易くしかもガラス編目修飾イオンとして多量にガラスに添加することができ、かつ大きな屈折率変化を得ることができる。金属層６５の形成は、金属蒸着、スパッタリング、メッキ、電着など任意の方法を採用することができる。金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）などがあるが、特に酸化性の低いものが好ましい。
【００７２】
また、上記以外にも、図７や図８の高屈折率層６４，７４の代わりに、コバルト酸化物系ナノガラス薄膜を形成しても良い。すなわち、コバルト酸化物（例えばＣｏ３Ｏ４）の薄膜を通常良く用いられる高周波スパッタリング法により室温で形成することにより、ガラス基板６２上に、Ｃｏ３Ｏ４薄膜を形成することが可能である。
そして、この場合の光情報記録媒体の作製方法の一例としては、図７において、ガラス基板６２へのイオン注入の代わりに、ガラス基板６２の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジスト６３により微細な凹凸を形成する工程と、前記レジスト６３を後退させながらガラス基板６２のコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、レジスト６３を残したまま基板表面全体に少なくとも光記録層６７と金属層６５を有する積層構造、あるいは光記録層６７と光吸収層（熱反応層）６６と金属層６５を有する積層構造を形成する工程と、前記レジスト６３を除去するリフトオフの工程とを行うことにより、図７と同様の積層構造を作製することができる。
【００７３】
また、作製方法の別の例としては、図８において、ガラス基板７２へのイオン注入の代わりに、ガラス基板７２の表面全面にコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にレジスト７３により微細な凹凸を形成する工程と、前記レジスト７３を後退させながらガラス基板のコバルト酸化物系ナノガラス薄膜をエッチングしてガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程と、前記レジスト７３を除去する工程と、基板表面全体に少なくとも光記録層７７と金属層７５を有する積層構造、あるいは光記録層７７と光吸収層（熱反応層）７６と金属層７５を有する積層構造を形成する工程とを行うことにより、図８と同様の積層構造を作製することができる。
【００７４】
本発明の光情報記録媒体は、微細構造が、上記のいずれかの作製方法で作製されるので、高効率でかつ安定に大容量の情報を記録、再生することができる光情報記録媒体を安定かつ安価に提供することができる。
そして、本発明の光学情報処理装置では、以上に説明した積層構造の微細構造１２を有する光情報記録媒体１１を用い、図１〜３に示すような、波長以下の大きさの微小開口３０ａを備えたプローブ３０で光情報記録媒体１１の微細構造１２に対して近接場光を発生させ、情報の記録または再生を行うので、高効率かつ安定に大容量の情報を記録、再生することができる。
【００７５】
また、本発明では、図２または図３に示すように、光情報記録媒体１１に近接して保持した平面型プローブ２７より発生する近接場光により所望の情報を光情報記録媒体１１に対して記録または再生する光学情報処理装置において、所定波長のレーザービームを出射する光源２１と、光源２１からのレーザービームを対物レンズ２６に導き、対物レンズ２６を介してレーザービームを平面型プローブ２７に照射する照明光学系２２，２３と、平面型プローブ２７からの光を受光する検出光学系２４，２５を有するので、高効率かつ安定に平面型プローブ２７にレーザービームを結合することができ、記録媒体１１に対して情報を高効率かつ安定に記録、再生することができる。
【００７６】
なお、図２、図３中に示した光源である半導体レーザー（レーザーダイオード：ＬＤ）２１は直線偏光であることが好ましい。直線偏光を得るには偏光板を挿入すればよいが、半導体レーザー（ＬＤ）などはそれ自体が直線偏光を持っているので、そのまま、または偏光板と組合せて容易に発生させることができる。また、平面型プローブ２７のプローブ部３０の微小開口の上部に１／４波長板と偏光ビームスプリッタを配置し、入射光と信号光の偏波面を９０度回転させることにより、信号光をより高いＳＮ比で検出することが可能である。また、この場合は半導体レーザー２１への戻り光を抑制することが可能であり、レーザーの発振状態を良好に保つことが可能であり、良好な記録マークの形成を行うことができ、かつ再生信号を安定に検出することができる。
【００７７】
また、光情報記録媒体１１の最表面は、近接場光用の平面型プローブ２７を波長以下の距離に近づけて高速に走引するため、記録媒体１１の記録層（金属層、熱反応層、光記録層などからなる積層構造層）の磨耗を防ぐための保護層が必要である。近接場光はプローブ３０からの染み出しが波長以下であるため、記録層までの距離をできるだけ近づけるために、保護層としては、厚みが薄く、光の吸収がほとんどない材料が望ましい。本実施例では上記の条件を満足する材料の一つとしてダイアモンドライクカーボンを用いた。この保護層の形成はスパッタリングやイオンビームスパッタリング、あるいはＣＶＤ法などの成膜装置で可能である。より具体的には、本実施例では記録媒体最表面の保護層としてダイヤモンドライクカーボンをＣＶＤ法により作製した。
また、保護層の別の例としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）を使用することも可能である。このＳｉＮ保護層もスパッタリングやイオンビームスパッタリング、あるいはＣＶＤ法などの成膜装置で形成することが可能である。
【００７８】
本発明の光学情報処理装置に用いられる、近接場光を発生させる平面型プローブ２７としては、突起状のプローブ３０を一次元あるいは二次元にアレイ配列した平面型プローブアレイを利用することもできる。この平面型プローブアレイの作製方法の一例を図９に示す。
まず、同図（ａ）に示すように、透明な基板（石英基板）８２に高屈折率材料として窒化シリコン（ＳｉＮ）膜８６を形成する。この窒化シリコン膜はＳｉＨ４とＮＨ３を７００〜１１００度の高温下で熱反応させる高温熱ＣＶＤ法で成膜することができる。この窒化シリコン膜の膜厚は２μｍ以上であることが望ましい。ここでは高屈折率材料として窒化シリコン膜を挙げたが、他の高屈折率材料でも何ら問題無い。例えば、石英ガラス上にＳｉＯ２をスパッタリング（基板表面から１μｍ程度）した後、Ｎ原子あるいはＣ原子の侵入層を作製する。Ｃ原子の場合は、ＣＨ４をソースガスとするイオン注入法により石英ガラスへイオン注入し、また、Ｎ原子の場合は、ＳｉＨ４とＮ２Ｏを原料とする熱分解ＣＶＤ法によってＳｉＯ２を成膜することにより高屈折率層を形成することができる。
【００７９】
この高屈折率層は上記の方法以外にも、他のＣＶＤ、真空蒸着、スパッタリング等や熱拡散法によっても形成できる。また、ＳＯＩ基板と呼ばれる、シリコン単結晶基板に酸化シリコンのバッファー層が形成されている基板を使用し、上記ＳＯＩ基板とガラス基板に電極を設け約３００度程度の温度雰囲気中で適当な電圧を印加することによりＳＯＩ基板とガラス基板を接合することにより、石英基板上に高屈折率材料を形成することができる。別の方法としては、接合する石英基板表面を十分に洗浄し、ＳＯＩ基板の活性シリコン層を張り合わせ、窒素雰囲気中で９００℃以上で熱処理することにより接合することが可能である。また、接合する石英基板とＳＯＩ基板の接合面を鏡面研磨してＲＣＡ洗浄し、１×１０−９Ｔorr以下の真空度のチャンバー内でアルゴン（Ａｒ）のＦＡＢ（Fast Atom Beam）を３００sec程度同時に照射し、１０ＭＰaの圧力で圧着することにより接合する。
【００８０】
この石英基板８２上に窒化シリコン膜８６を成膜した基板に、図９（ｂ）に示すように、半導体プロセスのフォトリソグラフ技術を用いて円柱状のレジストパターン８３を形成する。この円柱状のレジストパターン８３は、シリコンの突起を形成する領域に作製される。次に図９（ｃ）に示すように、このレジストパターン８３をマスクとして窒化シリコン膜８６をドライエッチングにより除去する。このエッチング時に、石英基板８２をストッパー層とすることで、図９（ｄ）に示すように、光学的に透明な石英基板８２上に高屈折率材料の突起からなる近接場光用のプローブ８５を複数個、アレイ状に形成することができる。また、エッチング時間を調節することにより、石英基板８２上にレジストパターン８３が無い領域の窒化シリコン膜８６を基板上に残して、石英基板８２上に高屈折率材料の突起からなる近接場光用のプローブ８５を複数個、アレイ状に形成することができる。この後、図９（ｅ）に示すように、基板８２の表面にスパッタ等で反射防止膜８４をコーティングし、さらに、図９（ｆ）に示すように、基板８２の裏面にもスパッタ等で反射防止膜８７をコーティングすることにより、複数の突起状のプローブ８５からなるプローブアレイを有する平面型プローブを形成することができる。
【００８１】
ここでドライエッチングの条件を変化させることにより、形成された窒化シリコン突起の形状を変化させることができる。ドライエッチングは、平行平板型のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いた。ここでガス種、処理圧力、ＲＦパワーを最適条件に変化させることで各種形状の窒化シリコン突起が形成できる。このエッチング時に透明基板８２をストッピングレイヤーとすることで、透明基板上に円柱もしくは円錐形のシリコン突起から成る近接場光プローブを形成することができる。
【００８２】
ところで図２、図３に示す平面型プローブ２７のレーザー光が入射する上面側には、例えば図９（ｆ）に示したような反射防止膜８７が形成されている。この反射防止膜８７を形成した場合には、反射防止膜がない場合に比べ、反射率を低減することができる。例えば、ＭｇＦ２の反射防止膜を１４０ｎｍ形成した場合、反射率は４％から１．４％に軽減することができる。反射防止膜８７を形成する単層の薄膜としてはＭｇＦ２以外にも、ＳｉＯ、ＣｅＦ３なども使用可能である。したがって、反射率が低下した分、近接場光を効率良く発生することができるため、高効率かつ高速に信号を検出することが可能になる。
【００８３】
また、反射防止膜８７を単層膜から多層膜にすることで、単層膜の場合より、広い波長域で低い反射率を得ることが可能になる。例えば入射波長より十分小さい開口を備えた平面型プローブに、ＭｇＦ２からなる膜厚１４０ｎｍの第１の誘電体膜を形成し、その上に第２の誘電体膜として、ＣｅＯ２からなる厚さが９６ｎｍの薄膜を形成し、さらにその上に第３の誘電体膜として、厚さが１０８ｎｍのＳｉＯからなる薄膜を形成して多層膜を構成した場合には、反射率をほぼ０にすることが可能であり、平面型プローブに無反射コーティングを施すことができる。そして、このように無反射コーティングを施すことにより、より高効率かつ安定に平面型プローブ２７にレーザービームを結合することができ、記録媒体１１に対して情報を高効率かつ安定に記録、再生することができる。
【００８４】
なお、上記の無反射コーティング膜の厚さは、１００ｎｍ以上であればよく、十分な機械的強度を持ち安定であるため、高効率かつ安定に平面型プローブにレーザービームを結合することができ、微小な案内溝に正確にトラッキング可能であり、記録媒体に対して情報を高効率かつ安定に記録、再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る光情報記録媒体の微細構造と、近接場光を用いるプローブの概要を示す概略要部斜視図である。
【図２】本発明の一実施例を示す光学情報処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す光学情報処理装置の概略構成図である。
【図４】図１に示す光情報記録媒体の微細構造の一例を示す概略要部斜視図である。
【図５】光情報記録媒体の微細構造に誘電体層がある場合と無い場合の微細構造中の近接場光の強度分布を示す図である。
【図６】図１に示す光情報記録媒体の微細構造の別の例を示す概略要部斜視図である。
【図７】光情報記録媒体の微細構造の作製工程の一例を示す工程説明図である。
【図８】光情報記録媒体の微細構造の作製工程の別の例を示す工程説明図である。
【図９】平面型プローブアレイの作製方法の一例を示す工程説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
１１：光情報記録媒体
１２：微細構造
１３：平面状基板
２１：半導体レーザー（ＬＤ）
２２：コリメータレンズ
２３：ビームスプリッタ
２４：結像レンズ
２５：光検出器
２６：対物レンズ
２７：平面型プローブ
２８：ホルダー
２９：平面基板
３０：突起形状のプローブ
３０ａ：微小開口
【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】
2006302454.tif 000008
【図７】
2006302454.tif 000009
【図８】
2006302454.tif 000010
【図９】
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