(57)【要約】【課題】  本発明は、光の近接場効果を用いた光情報処理装置で高効率かつ安定に高品質の大容量の光情報を記録可能な光情報記録媒体及びその製造方法並びに光情報記録装置を提供する。【解決手段】  本発明の光情報記録媒体は、平板状の基板と、この基板上に形成され、記録光の波長以下のサイズの微細構造記録層を有している。そして、微細構造記録層は、光情報を記録する光記録層、プラズモンを発生する金属層を順に積層した積層構造を有する。【選択図】        図４
2006164410.tif 000002
【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、記録光の波長以下のサイズの微細構造記録層を有し、前記微細構造記録層は、光情報を記録する光記録層、プラズモンを発生する金属層を順に積層した積層構造を有することを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項２】
前記微細構造記録層は、前記光記録層で発生した熱を閉じ込める第１の熱反応層を前記光記録層の下部に積層する請求項１記載の光情報記録媒体。
【請求項３】
前記微細構造記録層は、前記光記録層と前記金属層の間に、前記金属層で発生したプラズモンに結合し強度が増強した光情報が転写され、発生する熱を前記光記録層に転写する第２の熱反応層を積層する請求項２記載の光情報記録媒体。
【請求項４】
前記微細構造記録層の表面全体上に保護層を有する請求項１〜３のいずれかに記載の光情報記録媒体。
【請求項５】
前記保護層はダイヤモンドライクカーボン又はＳｉＮで形成される請求項４記載の光情報記録媒体。
【請求項６】
前記基板の表面が、光の波長よりも小さい凹凸を有している請求項１〜５いずれか記載の光情報記録媒体。
【請求項７】
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、
該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回折格子状の凹凸を形成する工程と、
レジストを除去した後、回折格子状の凹凸の表面全体に金属層、光記録層を形成する工程と、
レジスト層を除去するリフトオフ処理を施して微細構造記録層を形成する工程と
を有することを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
【請求項８】
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、
該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回折格子状の凹凸を形成する工程と、
レジストを除去した後、回折格子状の凹凸の表面全体に金属層、光記録層を形成する工程と、
レジスト層を除去するリフトオフ処理を施して微細構造記録層を形成する工程と
を有することを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
【請求項９】
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、
該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、
レジストを除去した後、回折格子状の凹凸の表面全体に金属層、光記録層を形成する工程と、
レジスト層を除去するリフトオフ処理を施して微細構造記録層を形成する工程と
を有することを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
【請求項１０】
前記微細構造記録層の表面全体に保護層を形成する請求項７〜１０のいずれかに記載の光情報記録媒体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれかに記載の光情報記録媒体の前記微細構造記録層に、光の波長以下の微小開口を備えたプローブで情報を記録することを特徴とする光情報記録装置。
【請求項１２】
前記プローブの微小開口の開口寸法は、請求項１〜６のいずれかに記載の光情報記録媒体の前記微細構造記録層における微細構造の部分の大きさと等しい請求項１１記載の光情報記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光情報記録媒体及びその製造方法並びに光情報記録装置に関し、詳細には近接場光学効果を用いた超高密度で情報を記録できる光情報記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オーディオ、ビデオ動画像（motion picture）ファイルや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を記録する記録媒体が必要になっている。また、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、情報記録媒体の容量は更に増大されることになる。
【０００３】
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、このような情報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し再生する方法がある。光を用いた記録の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方法、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又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方法などがある。
【０００４】
ところで、これらの方法ではレーザ光をレンズ光学系で集光して記録媒体に照射し、このレーザ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。即ち、レーザ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。このためにはレーザ光の波長を短くし、光ピックアップの対物レンズの開口数（ＮＡ）を増加させれば良い。しかし、レーザ光の波長を短くし、対物レンズの開口数を増加させて低減可能なレーザ光のスポットの大きさは、当該レーザ光の波長程度まである。そこで、レーザ光の波長を短くするため、現在、ＤＶＤの光源として用いられる赤色半導体レーザ（〜６６０ｎｍ）に代わって、青色半導体レーザ（〜４００ｎｍ）をＤＶＤの光源に用いると、ＤＶＤの単位面積当たり記録可能な情報量は、赤色半導体レーザを用いた場合の記録媒体の情報量に比べて、約２．５倍向上させることができる。
【０００５】
しかし、このような方法によれば、光のスポット径は光の回折限界により、記録媒体の情報記録密度を向上するには限界がある。従って、前記した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、従来技術とは全く異なる原理に基づく技術として、近接場光学又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、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、光の回折理論に基づいて、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、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、
【０００７】
θ≒λ／ｄ                      （１）
【０００８】
となる。ただし、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。即ち、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。従って、光記録媒体の記録密度の限界は、
【０００９】
ｄ≒１．２２λ／ＮＡ            （２）
【００１０】
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。即ち、レーザ光の波長（λ）が短いほど、かつレンズの開口数（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。
【００１１】
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、この方法により得られる記録密度は、２０〜３０Ｃｂｉｔ／ｉｎ２が限界になると予想される。すなわち、従来の技術では、光を電磁気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。
【００１２】
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た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ことを用いて、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、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。
【００１３】
また、高速で情報の記録再生を行うために、平面アレイ型プローブが、例えば特許文献１又は特許文献２に提案されている。この平面アレイ型プローブ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。よって、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。マトリクス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。また、これらの平面開口プローブは、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る。この場合、レーザ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、読み出しをすること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。
【００１４】
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と共に、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した近接場光プローブが特許文献３に提案されている。この近接場プローブでは、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。
【００１５】
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とにより、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特許文献４〜８に提案されている。
【００１６】
更に、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、凹もしくは凸部の少なくとも一方の、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特許文献９に提案されている。
【００１７】
また、照射光強度に依存して凹部又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、微細光加工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特許文献１０に提案されている。
【００１８】
更に、記録媒体上に光の波長以下のサイズの微細構造と微細構造記録層を形成し、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、記録媒体上の微細構造記録層に情報を記録し、プローブから放射する近接場光の記録媒体に微細構造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特許文献１１に提案されている。
【特許文献１】特許第３，０２３，０８５号明細書
【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２００４−００５９０５号公報
【特許文献７】特開２００４−０３９０４１号公報
【特許文献８】特開２００４−０６１２１９号公報
【特許文献９】特開２０００−３２２７７２号公報
【特許文献１０】特開２００３−０３９４００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】
【００１９】
しかしながら、いずれの特許文献でも、微細構造層の上部に、高い屈折率を有する微細構造記録層が形成され、よってこの微細構造記録層がある場合は、無い場合に比べて信号強度のピーク値で数倍、信号強度が下がってしまい、実用化に適さないという問題点があった。
【００２０】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、光の近接場効果を用いた光情報処理装置で高効率かつ安定に高品質の大容量の光情報を記録可能な光情報記録媒体及びその製造方法並びに光情報記録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】
【００２１】
前記問題点を解決するために、本発明の光情報記録媒体は、平板状の基板と、この基板上に形成され、記録光の波長以下のサイズの微細構造記録層を有している。そして、微細構造記録層は、光情報を記録する光記録層、プラズモンを発生する金属層を順に積層した積層構造を有することに特徴がある。よって、高効率かつ安定に高品質の大容量の光情報を記録可能な光情報記録媒体を提供することができる。
【００２２】
また、微細構造記録層は、光記録層で発生した熱を閉じ込める第１の熱反応層を光記録層の下部に積層することにより、より一層高効率に光情報を記録できる。
【００２３】
更に、微細構造記録層は、光記録層と金属層の間に、金属層で発生したプラズモンに結合し強度が増強した光情報が転写され、発生する熱を光記録層に転写する第２の熱反応層を積層することにより、より一層安定に高品質の大容量の光情報を記録できる。
【００２４】
また、微細構造記録層の表面全体上に保護層を有することにより、表面の磨耗に強く高信頼性で情報の記録を行うことが可能になる。
【００２５】
更に、保護層はダイヤモンドライクカーボン又はＳｉＮで形成されることが好ましい。
【００２６】
また、基板の表面が、光の波長よりも小さい凹凸を有している。よって、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。
【００２７】
更に、別の発明としての光情報記録媒体の製造方法は、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、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回折格子状の凹凸を形成する工程と、レジストを除去した後、回折格子状の凹凸の表面全体に金属層、光記録層を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフ処理を施して微細構造記録層を形成する工程とを有することに特徴がある。よって、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光情報記録媒体に結合することができ、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り、さらに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。
【００２８】
また、別の発明としての光情報記録媒体の製造方法は、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、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回折格子状の凹凸を形成する工程と、レジストを除去した後、回折格子状の凹凸の表面全体に金属層、光記録層を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフ処理を施して微細構造記録層を形成する工程とを有することに特徴がある。よって、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光情報記録媒体に結合することができ、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り、さらに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。
【００２９】
更に、別の発明としての光情報記録媒体の製造方法は、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、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、レジストを除去した後、回折格子状の凹凸の表面全体に金属層、光記録層を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフ処理を施して微細構造記録層を形成する工程とを有することに特徴がある。よって、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光情報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。
【００３０】
また、微細構造記録層の表面全体に保護層を形成することにより、表面の磨耗に強く高信頼性で情報の記録を行うことが可能になる光情報記録媒体を製造できる。
【００３１】
更に、別の発明としての光情報記録装置は、上記光情報記録媒体の微細構造記録層に、光の波長以下の微小開口を備えたプローブで情報を記録することに特徴がある。よって、高効率でかつ安定に情報を記録することができ、高い信号強度を得ることでき、高い実用性を得られる。ここで、プローブの微小開口の開口寸法は上記光情報記録媒体の微細構造記録層における微細構造の部分の大きさと等しいことが好ましく、高効率かつ安定に大容量の情報を記録することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の光情報記録媒体は、平板状の基板と、この基板上に形成され、記録光の波長以下のサイズの微細構造記録層を有し、微細構造記録層は、光情報を記録する光記録層、プラズモンを発生する金属層を順に積層した積層構造を有する。よって、高効率かつ安定に高品質の大容量の光情報を記録可能な光情報記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は本発明の光情報記録媒体を用いた光情報再生装置の動作原理を示す概略図である。同図に示すように、入射光の波長よりも十分小さい大きさを持った微小開口を備えたプローブ１１から近接場光を光情報記録媒体１２に照射する。光情報記録媒体１２上にはプローブ１１の微小開口の大きさ、例えば直径とほぼ同じ直径を持った例えば円柱形状のような微細構造１３が形成されている。よって、この微細構造１３にプローブ１１から近接場光を照射することにより、予め光情報記録媒体１２に形成された微細構造１３自体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１２に記録可能な材料を形成することにより、追記型又は書き換え型の情報記録が可能である。
【００３４】
図２は本発明の光情報記録媒体を用いた光情報再生装置の構成を示す概略断面図である。同図において、図１に示すプローブ１１は平面型基板の底面に突起形状で形成されている。このプローブは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、逐次的あるいは並列的に光情報記録媒体からの情報を再生可能である。この平面プローブはスライダ２７の底面に形成され、ホルダ２８に支持され、回転する光情報記録媒体３０上を走引される。上述したように、光情報記録媒体３０は波長以下の大きさ、例えば波長以下の直径の円柱形状を成す微細構造を有する微細構造記録層２９を有し、上述したようにこの微細構造記録層２９に情報を記録できるのである。なお、微細構造記録層２９の表面は後述する保護層を備え、図示していないスライダ部との磨耗に耐えるように構成されてもよい。半導体レーザ２１から照射された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によってスライダ２７の底面に形成された平面プローブにスポットを結像し、平面プローブの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３０に形成された微細構造記録層２９に結合する。情報を再生する場合、光情報記録媒体３０の微細構造記録層２９から反射する近接場光の成分をスライダ２７の底面に形成された平面プローブで検出する。検出した近接場光はプローブ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２４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。
【００３５】
次に、図３は本発明の光情報記録媒体を用いた光情報再生装置の別の構成を示す概略断面図である。同図において図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、基板を透過した光を検出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に示した光情報再生装置と異なりビームスプリッタ２３が不要であり、結像レンズ２４で光検出器２５上に光情報記録媒体３０の表面を透光した近接場光を結像し検出する。この光検出器２５上の光強度の明暗により、光情報記録媒体３０の微細構造記録層２９に記録された情報を再生することができる。
【００３６】
なお、図２及び図３に示した半導体レーザ２１は直線偏光であることが好ましく、直線偏光は偏光板を挿入してもよいが、レーザダイオードなどはそれ自体直線偏光をもっているので、そのまままたは偏光板と組合せて発生させることができる。平面微小開口上部に１／４波長板と偏光ビームスプリッタを配置することにより、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、この場合半導体レーザへの戻り光を抑制することが可能であり、レーザの発振状態を良好に保つことが可能であり、良好な記録マークを形成することができ、再生信号を安定に検出することができる。
【００３７】
次に、本発明の第１の実施の形態例である光情報記録媒体の構造について説明する。
図４は本発明の第１の実施の形態例に係る光情報記録媒体の微細構造を示す概略図である。同図において、光記録基板表面に、例えば円柱形状の微細構造を形成することにより、微小開口を有するプローブからの近接場光を、高効率に利用することが可能である。本実施の形態例における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。同図において微細構造突起４４が基板上に形成され、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、ＺｎＳ、ＳｉＯ２などから構成される。その上に、熱反応層４３、光記録層４２、金属層４１が積層されている。熱反応層４３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４２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、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である。金属層４１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。
【００３８】
この微小突起にプローブから結合した近接場光は金属層４１があるため、プラズモンが発生し、よって高効率で金属微細構造に結合することができる。金属層４１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のち、その直下の光記録層４２に転写される。光記録層４２は結合した近接場光を吸収し、発熱する。光記録層４２が相変化材料であれば、結合した近接場光の発熱により、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。熱反応層４３は、光記録層４２で発生した熱を閉じ込めるために形成されており、金属層４１、光記録層４２のみであっても同様の効果を得ることが可能である。
【００３９】
図５は本発明の第２の実施の形態例に係る光情報記録媒体の微細構造を示す概略図である。同図において、図４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施の形態例における微細構造の大きさも第１の実施の形態例と同様に、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。第１の実施の形態例と異なる点は、金属層４１と光記録層４２の間に、熱反応層５１を設け、基板上に微細構造突起４４、熱反応層４３、光記録層４２、熱反応層５１、金属層４１を順に積層した点である。熱反応層４３、５１は、第１の実施の形態例と同様な材料である。
【００４０】
このような構成を有する本実施の形態例における近接場光も、金属層４１があるため、プラズモンが発生し、よって高効率で金属微細構造に結合することができる。金属層４１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のち、その直下の熱反応層５１に転写され、熱反応層５１で発生した熱が光記録層４２に転写される。光記録層４２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。熱反応層４３は、光記録層４２で発生した熱を閉じ込めるために形成されている。
【００４１】
ここで、光近接場においては、微小開口を有するプローブの先鋭部に設けられた開口半径の大きさと、照射される媒体の構造の大きさがほぼ同じ時に、開口先端から媒体に結合する光強度は最大になる。よって、光情報記録再生媒体にプローブ開口半径と同程度の微細構造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、微細構造の大きさはプローブ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。また、この場合、図１に示すプローブ１１と光情報記録媒体１２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。更に、この場合には図２に示すように作製した平面型近接場光ピックアップを浮上型ヘッド２７に形成することにより、光情報記録媒体と光ピックアップの微小開口部の間隔を一定、か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。
【００４２】
なお、光情報記録媒体側の微細構造の光記録層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。図２の基板３０としては、例えばアルミノシリケート系ガラスなどの化学強化ガラス、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とする。
【００４３】
次に、上述した本発明の光情報記録媒体の微細構造記録層は例えば以下に述べるような方法で製造可能である。図６は本発明の光情報記録媒体の製造工程の一例を示す工程断面図である。
【００４４】
先ず、同図の（ａ）に示すように、例えばガラス基板６１の表面全面にイオンを注入し、高屈折率層６２を形成する。そして、同図の（ｂ）に示すように、高屈折率層５２の表面にレジストパターン６３により円柱形状の凹凸を形成する。その後、同図の（ｃ）に示すように、レジストパターン６３を後退させながらガラス基板６１をエッチングしてガラス基板６１の表面に所定の回折格子状の凹凸を有する微細構造記録層を形成する。更に、同図の（ｄ）に示すように、レジストパターン６３を残した状態で、表面全体に金属膜６４、微細構造の光記録層６５、熱反応層６６を形成する。ここで金属層６４の次ぎに熱反応層を形成することで図５に示した第２の実施の形態例の構成を形成することもできる。この状態でレジストパターン６３を除去することにより積層の微細構造を有した光情報記録媒体を構成することができる。
【００４５】
図７は本発明の光情報記録媒体の別の製造工程の一例を示す工程断面図である。先ず、同図の（ａ）に示すように、例えばガラス基板７１の表面全面にイオンを注入し、高屈折率層７２を形成する。そして、同図の（ｂ）に示すように、高屈折率層７２の表面にレジストパターン７３により円柱形状の凹凸を形成する。その後、同図の（ｃ）に示すように、レジストパターン７３を後退させながらガラス基板７１をエッチングしてガラス基板７１の表面に所定の回折格子状の凹凸を有する微細構造記録層を形成する。更に、同図の（ｄ）に示すように、レジストパターン６３を残した状態で、表面全体に金属膜７４、微細構造の光記録層７５、熱反応層７６を形成する。ここで、金属層７４の次ぎに熱反応層を形成することで図５に示した第２の実施の形態例の構成を形成することもできる。そして、図示していないが、表面を研磨することで突起部分を除去し表面が平面な光情報記録媒体を作製することが可能である。
【００４６】
なお、図６、図７に示した高屈折率層５２、６２を形成することなく、ガラス基板６１、７１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６の（ｂ）〜（ｅ）、図７の（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成することが可能である。また、ガラス基板５１としては、例えばアルミノシリケート系ガラスなどの化学強化ガラス、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。分極率の大きいイオンとしては、Ｔｌ（タリウム）が良い。分極能力の大きいイオンとしては、Ｌｉ（リチウム）が良い。更に、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、分極率の高いＴｌが良い。イオンの注入はたとえばイオン注入法、イオン交換法、エレクトロフロート法などがあるが、とく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。よって、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。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。更に、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。図６の金属膜６４及び図７の金属膜７４の形成は、金属蒸着、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、金、銀などがあるが、特に酸化性の低いものが好ましい。上記以外にも、コバルト酸化物系ナノガラス薄膜を形成しても良い。Ｃｏ３Ｏ４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、図６のガラス基板６１及び図７のガラス基板７１上に、Ｃｏ３Ｏ４薄膜を形成することが可能である。
【００４７】
更に、光情報記録媒体の最表面は近接場平面プローブと波長以下の距離に近づいて高速に走引するため、微細構造の光記録層の磨耗を防ぐための保護層が必要である。保護層として近接場光はプローブ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、厚みが薄く、光の吸収がほとんどない材料が望ましい。本発明では上記条件を満足する材料として例えばダイヤモンドライクカーボンを用いた。この保護膜の形成はスパッタリング、イオンビームスパッタリングやＣＶＤ法などの成膜装置で可能である。本実施の形態例では最表面保護膜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、保護層としてはＳｉＮを使用することも可能である。このＳｉＮの保護層もスパッタリング、イオンビームスパッタリングやＣＶＤ法などの成膜装置で形成することが可能である。
【００４８】
また、近接場光を発生させるプローブとしては、平面型プローブアレイを利用することもできる。ここで、この平面型プローブアレイの作製方法の一例を図８に示す。図８の（ａ）に示すように、透明な石英基板８１に高屈折率材料として窒化シリコン膜８２を形成する。この窒化シリコン膜８２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８２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ない。例えば、石英基板８１上にＳｉＯ２を１μｍ程度スパッタしたのち、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、ＣＨ４をソースガスとするイオン注入法により石英基板８１へイオン注入し、一方Ｎ原子の場合、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。この高屈折率層は上記方法以外にも他の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、ＳＩＯ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層が形成されている基板を使用し、ＳＯＩ基板と石英基板８１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基板と石英基板８１を接合することにより、石英基板８１上に高屈折率材料を形成することができる。また、別の方法としては、接合する石英基板８１の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。更に、接合する石英基板８１とＳＯＩ基板の接合面を鏡面研磨してＲＣＡ洗浄し、１．３３３×１０３Ｐａ以下の真空度のチャンバ内で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ことができる。
【００４９】
次に、図８の（ｂ）に示すように、この石英基板８１上に窒化シリコン膜８２を成膜した基板に、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。そして、図８の（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８２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８１をストッパ層とすることで、光学的に透明な石英基板８１上に高屈折率材料からなる突起からなる近接場光プローブ８４を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８１上にレジストパターン８３が無い領域の窒化シリコン膜８２を石英基板８１上に残して、石英基板８１上に高屈折率材料からなる突起からなる近接場光プローブ８４を形成することができる。そして、図８の（ｄ）に示すように、レジストパターン８３を酸素プラズマによるレジストアッシングを行い除去する。このあと、図８の（ｅ）に示すように、窒化シリコン膜８２及び近接場光プローブ８４の表面に、反射防止膜８５をスパッタ等により成膜する。この反射防止膜８５を光の染み込み深さ以上に蒸着することにより、近接場光プローブ８４から生じる近接場光以外を遮断することができる。最後に、図８の（ｆ）に示すように、石英基板８１の裏面にスパッタ等で反射防止膜８６をコーティングすることで、平面型プローブアレイを形成することができる。
【００５０】
ここで、上述のドライエッチングの条件を変化させることにより、形成された近接場光プローブ８４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近接場光プローブ８４が形成できる。このエッチング時に石英基板８１をストッピングレイヤとすることで、石英基板８１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。
【００５１】
また、図８の（ｅ）に示すように、平面プローブのレーザ光が入射する上面には、反射防止膜８５が形成されている。反射防止膜８５がない場合に比べ、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。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。よって、反射率が低下したことにより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。
【００５２】
更に、図８の（ｅ）に示す反射防止膜８５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、第２の誘電体膜は、ＣｅＯ２からなる厚さが９６ｎｍの薄膜、第３の誘電体膜として、厚さが１０８ｎｍのＳｉＯからなる薄膜から構成した場合、反射率をほぼ０にすることが可能である。
【００５３】
なお、本発明は上記各実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の光情報記録再生装置の動作原理を示す概略図である。
【図２】本発明の光情報再生装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の光情報再生装置の別の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態例に係る光情報記録媒体の微細構造を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態例に係る光情報記録媒体の微細構造を示す概略図である。
【図６】本発明の光情報記録媒体の製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図７】本発明の光情報記録媒体の別の製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図８】平面型プローブアレイの作製工程の一例を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
４１；金属層、４２；光記録層、４３，５１；熱反応層、
４４；微細構造突起。
【図１】
2006164410.tif 000003
【図２】
2006164410.tif 000004
【図３】
2006164410.tif 000005
【図４】
2006164410.tif 000006
【図５】
2006164410.tif 000007
【図６】
2006164410.tif 000008
【図７】
2006164410.tif 000009
【図８】
2006164410.tif 000010