(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、隣接微細構造間のクロストークを低減することができ、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及び光学情報処理装置を提供する。【解決手段】本発明では、基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造１２を形成した構成の光情報記録媒体１１を用い、波長以下の微小開口３０ａを備えたプローブ３０で前記微細構造１２に対して情報の記録または再生を行うとき、前記微細構造１２の大きさを半径Ｒとすると、隣接微細構造間の中心の間隔ｄをｄ＞２Ｒとする。これにより隣接微細構造間のクロストークを軽減することができ、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造を形成した構成の光情報記録媒体であって、波長以下の微小開口を備えたプローブで前記微細構造に対して情報の記録または再生を行うとき、前記微細構造の大きさをＲとすると、隣接微細構造間の中心の間隔ｄがｄ＞２Ｒであることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項２】
請求項１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３】
請求項１または２記載の光情報記録媒体において、
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凹凸を形成する工程と、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されていることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項４】
請求項１または２記載の光情報記録媒体において、
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凹凸を形成する工程と、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されていることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項５】
請求項１または２記載の光情報記録媒体において、
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、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、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されていることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項６】
請求項１乃至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７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記微細構造の部分が誘電体で形成され、それ以外の領域がより高い屈折率をもつもので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８】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
前記微細構造の部分が誘電体で形成され、それ以外の領域が金属によって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９】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
最表面に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１０】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の光情報記録媒体において、
最表面に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１１】
請求項１乃至１０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１２】
請求項１１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１３】
請求項１１または１２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１４】
請求項１１乃至１３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前記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し、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。
【請求項１５】
請求項１４記載の光学情報処理装置において、
前記無反射コーティング膜は、３層以上の誘電体膜により構成されていることを特徴とする光学情報処理装置。
【請求項１６】
請求項１４または１５記載の光学情報処理装置において、
前記無反射コーティング膜の厚さは、１００ｎｍ以上であ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、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４参照）。
【００１４】
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５参照）。
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（特許文献６参照）。
【００１５】
【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２０００−３２２７７２号公報
【特許文献５】特開２００３−３９４００号公報
【特許文献６】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】
【００１６】
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、隣接微細構造間のクロストークを低減することができ、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、高効率に信号光を検出可能であり、かつ簡便に作成可能な平面型プローブを備えた光学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】
【００１７】
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、基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造を形成した構成の光情報記録媒体であって、波長以下の微小開口を備えたプローブで前記微細構造層に対して情報の記録または再生を行うとき、前記微細構造の大きさをＲとすると、隣接微細構造間の中心の間隔ｄがｄ＞２Ｒであ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、第１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２）。
【００１８】
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、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凹凸を形成する工程と、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されていることを特徴とする（請求項３）。
【００１９】
本発明の第４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、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凹凸を形成する工程と、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されていることを特徴とする（請求項４）。
【００２０】
本発明の第５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、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、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されていることを特徴とする（請求項５）。
【００２１】
本発明の第６の手段は、第１乃至第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６）。
また、本発明の第７の手段は、第１乃至第６のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記微細構造の部分が誘電体で形成され、それ以外の領域がより高い屈折率をもつもので形成されてい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乃至第６のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、前記微細構造の部分が誘電体で形成され、それ以外の領域が金属によって形成されていることを特徴とする（請求項８）。
【００２２】
本発明の第９の手段は、第１乃至第８のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、最表面に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９）。
また、本発明の第１０の手段は、第１乃至第８のいずれか一つの手段の光情報記録媒体において、最表面にＳｉＮが形成されていることを特徴とする（請求項１０）。
【００２３】
本発明の第１１の手段は、第１乃至第１０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１１）。
また、本発明の第１２の手段は、第１１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１２）。
【００２４】
本発明の第１３の手段は、第１１または第１２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１３）。
【００２５】
本発明の第１４の手段は、第１１乃至第１３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前記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し、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１４）。
【００２６】
本発明の第１５の手段は、第１４の手段の光学情報処理装置において、前記無反射コーティング膜は、３層以上の誘電体膜により構成されていることを特徴とする（請求項１５）。
また、本発明の第１６の手段は、第１４または第１５の手段の光学情報処理装置において、前記無反射コーティング膜の厚さは、１００ｎｍ以上であることを特徴とする（請求項１６）。
【発明の効果】
【００２７】
第１の手段の光情報記録媒体は、基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造を形成した構成の光情報記録媒体であって、波長以下の微小開口を備えたプローブで前記微細構造層に対して情報の記録または再生を行うとき、前記微細構造の大きさをＲとすると、隣接微細構造間の中心の間隔ｄがｄ＞２Ｒであることにより、隣接微細構造間のクロストークを軽減することができ、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、第２の手段の光情報記録媒体は、第１の手段の構成に加え、前記基板上に形成された微細構造の大きさは、波長以下の微小開口を備えたプローブの開口寸法と等しいため、従来より高効率かつ安定に大容量の情報を記録、再生することができる。
【００２８】
第３の手段の光情報記録媒体は、第１または第２の手段の構成に加え、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凹凸を形成する工程と、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されているため、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、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。
【００２９】
第４の手段の光情報記録媒体は、第１または第２の手段の構成に加え、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凹凸を形成する工程と、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されているため、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、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。
【００３０】
第５の手段の光情報記録媒体は、第１または第２の手段の構成に加え、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、レジストを除去する工程と、さらに表面全体に金属膜を形成する工程と、レジスト層を除去するリフトオフの工程とにより作製された記録媒体から構成されているため、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、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。
【００３１】
第６の手段の光情報記録媒体は、第１乃至第５のいずれか一つの手段の構成に加え、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ため、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。
また、第７の手段の光情報記録媒体は、第１乃至第６のいずれか一つの手段の構成に加え、前記微細構造の部分が誘電体で形成され、それ以外の領域がより高い屈折率をもつもので形成されているため、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。
【００３２】
第８の手段の光情報記録媒体は、第１乃至第６のいずれか一つの手段の構成に加え、前記微細構造の部分が誘電体で形成され、それ以外の領域が金属によって形成されているため、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。
また、第９の手段の光情報記録媒体は、第１乃至第８のいずれか一つの手段の構成に加え、最表面にダイヤモンドライクカーボンが形成されているため、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。
さらに第１０の手段の光情報記録媒体は、第１乃至第８のいずれか一つの手段の構成に加え、最表面にＳｉＮが形成されているため、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。
【００３３】
第１１の手段の光学情報処理装置は、第１乃至第１０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により、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。
また、第１２の手段の光学情報処理装置は、第１１の手段の構成に加え、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ことにより、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。
さらに第１３の手段の光学情報処理装置は、第１１または第１２の手段の構成に加え、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ことにより、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。
【００３４】
第１４の手段の光学情報処理装置は、第１１乃至第１３のいずれか一つの手段の構成に加え、前記光情報記録媒体に近接して保持した前記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し、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により、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。
【００３５】
第１５の手段の光学情報処理装置は、第１４の手段の構成に加え、前記無反射コーティング膜は、３層以上の誘電体膜により構成されているため、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。
また、第１６の手段の光学情報処理装置は、第１４または第１５の手段の構成に加え、前記無反射コーティング膜の厚さは、１００ｎｍ以上であることにより、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る光情報記録媒体及びそれ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】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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り、その複数の微細構造において、この微細構造の大きさと、ある構造に対して隣接する微細構造との間隔が個々の微細構造の大きさ以上であるとき、隣接する微細構造の影響が低減されることを見出した。ここで、図１に示した光情報記録媒体１１の微細構造１２の部分を拡大した平面図を図４に示す。
図４では、ある微細構造を原点に取り、その微細構造の大きさを半径で表してＲとし、両隣の微細構造との中心間の間隔（ドット間隔）をｄとする。この時、平面型プローブ２７のプローブ３０により原点に位置する微細構造に近接場光を照射した時の、照射した微細構造に結合する近接場光の光強度とその両隣に位置する微細構造に結合する近接場光の光強度の比と、ドット間隔ｄとの関係を図５に示す。ここでは微細構造の大きさ（半径Ｒ）を３０ｎｍとした。そして本発明では、隣接する微細構造間の中心の間隔ｄをｄ＞２Ｒとし、微細構造のサイズ（２Ｒ）と同程度の間隔、すなわち間隔ｄを６０ｎｍ程度とることで、両隣の微細構造に結合する近接場光を１７．５％以下に軽減することができる。なお、この間隔以下に隣接微細構造を接近して配置させると、両隣の微細構造に結合する近接場光の強度が増強し、クロストークの影響が大きくなり、検出信号の品質が劣化することになる。
【００４２】
また、近接場光においては、微小開口を有するプローブの先端部に設けられた開口半径の大きさと、照射される記録媒体の微細構造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。したがって光情報記録媒体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に光を利用することができるので、微細構造の大きさ（半径Ｒ）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ｄは微細構造の大きさ（半径Ｒ）の２倍以上（ｄ＞２Ｒ）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。
【００４３】
さらに、この場合には、図２に示すように、近接場光用のプローブ３０を平面基板２９に形成して平面型プローブ２７とすることにより、光情報記録媒体１１と上記平面型プローブ２７のプローブ部３０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、より微小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。また、記録媒体側の微細構造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。なお、光情報記録媒体１１の基板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）や、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。
【００４４】
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。ここで、作製工程の一例を図６に示す。
図６において、まず同図（ａ）に示すように、例えばガラス基板６２の表面全面にイオンを注入し、高屈折率層６６を形成する。次に同図（ｂ）に示すように、高屈折率層６６の表面にレジスト６３により円柱形状の凹凸を形成する。次に同図（ｃ）に示すように、レジスト６３を後退させながら高屈折率層６６をエッチングしてガラス基板表面に所定の微細構造の凹凸６４を形成する。さらに同図（ｄ）に示すように、レジスト６３を残した状態で、表面全体に金属膜６５を形成した後、同図（ｅ）に示すように、リフトオフ法により、レジスト６３上の金属膜６５を除去することにより、基板６２上に円柱形状の微細構造（高屈折率層）６４を有した光情報記録媒体を構成することができる。また、図６（ｃ）において、レジスト６３除去した後、金属膜６５を形成し、表面を研磨することによっても、図６（ｅ）に示したものと同じ構造を作製することが可能である。
【００４５】
ガラス基板６２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）や石英ガラスなどがあり、その厚みは通常０．５〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．６〜１．２ｍｍである。不純物としては、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タリウム（Ｔｌ）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。
【００４６】
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型プローブ）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。
【００４７】
金属膜６５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（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などがあるが、特に酸化性の低いものが好ましい。また、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。例えば、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、基板６２上にＣｏ３Ｏ４薄膜６６を形成することが可能である。
【００４８】
なお、図６に示した高屈折率層６６を形成することなく、基板６２に直接フォトリソグラフィーを行い、図６（ｂ），（ｃ）と同様にガラス基板６２そのものをエッチングして凹凸構造を形成した後、図６（ｄ），（ｅ）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、金属膜６５の代わりに、高屈折率層６６よりも低い屈折率を持つ誘電体を蒸着などにより形成しても良い。この場合は、低屈折率層が図１、図２中の微細構造１２の形状になるように、レジストパターン６３を作製する必要がある。
【００４９】
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。
【００５０】
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、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としてダイア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。本実施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。
【００５１】
また、近接場光を発生させる平面型プローブ２７としては、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７に示す。
まず、同図（ａ）に示すように、透明な基板（石英基板）３２に高屈折率材料として窒化シリコン（ＳｉＮ）膜３６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。
【００５２】
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ことができる。
【００５３】
この石英基板３２上に窒化シリコン膜３６を成膜した基板に、図７（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３３を形成する。この円柱状のレジストパターン３３は、シリコンの突起を形成する領域に作製される。次に図７（ｃ）に示すように、このレジストパターン３３をマスクとして窒化シリコン膜３６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３２をストッパー層とすることで、図７（ｄ）に示すように、光学的に透明な石英基板３２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３５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３２上にレジストパターン３３が無い領域の窒化シリコン膜３６を基板上に残して、石英基板３２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３５を複数個、アレイ状に形成することができる。この後、図７（ｅ）に示すように、基板３２の表面にスパッタ等で反射防止膜３４をコーティングし、さらに、図７（ｆ）に示すように、基板３２の裏面にもスパッタ等で反射防止膜３７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３５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。
【００５４】
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３２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。
【００５５】
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７（ｆ）に示したような反射防止膜３７が形成されている。この反射防止膜３７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３７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。
【００５６】
また、反射防止膜３７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。
【００５７】
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】
【００５８】
【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に示した光情報記録媒体の微細構造の部分を拡大して示す平面図である。
【図５】プローブにより微細構造に近接場光を照射した時の、照射した微細構造に結合する近接場光の光強度とその両隣に位置する微細構造に結合する近接場光の光強度の比と、ドット間隔ｄとの関係を示す図である。
【図６】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７】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】
【００５９】
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】
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【図７】
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