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JP2007035192A - 光情報記録媒体、光情報記録装置、光情報記録媒体の製造方法、製造プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

光情報記録媒体、光情報記録装置、光情報記録媒体の製造方法、製造プログラム及び記憶媒体 Download PDF

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JP2007035192A JP2005219453A JP2005219453A JP2007035192A JP 2007035192 A JP2007035192 A JP 2007035192A JP 2005219453 A JP2005219453 A JP 2005219453A JP 2005219453 A JP2005219453 A JP 2005219453A JP 2007035192 A JP2007035192 A JP 2007035192A
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Hiroaki Fukuda
浩章 福田
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

【課題】 光の近接場効果を用いた光情報処理装置で、高効率かつ高品質な信号を記録可能な光情報記録媒体、光情報記録装置、光情報記録媒体の製造方法、製造プログラム及び記憶媒体を提供する。
【解決手段】 隣接する微細構造層の配列の間隔が少なくとも微細構造層の大きさ以上離れるように記録光を照射するため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することのできる光情報記録媒体が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光情報記録媒体、光情報記録装置、光情報記録媒体の製造方法、製造プログラム及び記憶媒体に関する。
近年、オーディオ、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 ）動画像や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。
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もの、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、などがある。
しかしながらこれらの方法ではレーザー光をレンズ光学系で集光したものを、記録媒体に照射し、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。
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が、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）を増加させる必要がある。
しかし、レーザ光の波長を短かくし、対物レンズの開口数を増加させることによる低減可能なレーザ光のスポットの大きさは、レーザ光の波長程度まである。
例えば、レーザ光の波長を短かくするため、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、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。
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、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。且つ、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。数式（１）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。
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、
ｄ≒1.22λ/NA ……（２）
と数式（２）のように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、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。
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、前記方法により得られる記録密度は、約31〜47Mbit／mm2（20〜30Gbit／in2） が限界になると予想される。
即ち、従来のシステムでは、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。
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。
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提案されている（例えば、特許文献１参照）。
これはシリコン基板を異方性エッチングする事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。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。
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。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提案されている（例えば、特許文献２参照）。
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。
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（例えば、特許文献３参照）。
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、凹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（例えば、特許文献４参照）。
さらに、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提案されている（例えば、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、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（例えば、特許文献６参照）。
特許第３０２３０８５号明細書 特開２００２−３４０７７３号公報 特開２００３−３１７３０１号公報 特開２０００−３２２７７２号公報 特開２００３−３９４００号公報 特開２００３−３０８６３２号公報
しかしながら、上述した従来技術では、効率や品質が不十分であった。
そこで、以上のような状況を鑑み、本発明の目的は、光の近接場効果を用いた光情報処理装置で、高効率かつ高品質な信号を記録可能な光情報記録媒体、光情報記録装置、光情報記録媒体の製造方法、製造プログラム及び記憶媒体を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、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層と、該微細構造層の上部に形成された記録層とを備えた光情報記録媒体において、前記微細構造層が２次元格子点上に複数個配列され、隣接する微細構造層の列の間隔が少なくとも前記微細構造層の大きさ以上離れていることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、隣接する微細構造層の配列の間隔が少なくとも微細構造層の大きさ以上離れているため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することのできる光情報記録媒体が得られる。
請求項２記載の発明は、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層と、該微細構造層の上部に形成された記録層とを備えた光情報記録媒体において、前記微細構造層の中心が２次元格子点以外に複数個配列され、各微細構造層の他の微細構造層との間隔が少なくとも各微細構造層の大きさ以上離れていることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、２次元格子の格子点上以外に配置された各々の微細構造層について、その周辺に位置する微細構造層との間隔が少なくとも、微細構造層の大きさ以上離れているため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することのできる光情報記録媒体が得られる。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光情報記録媒体において、光吸収層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造を有していることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、光吸収層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造層を有しているため、従来より高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することのできる光情報記録媒体が得られる。
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の光情報記録媒体において、誘電体層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造を有していることを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、誘電体層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造を有しているため、従来より高効率かつ安定に大容量の情報を記録、再生することのできる光情報記録媒体を得ることができる。
請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の光情報記録媒体において、前記金属層が金、銀、アルミニウム、銅、白金のいずれかからなることを特徴とする。
請求項５記載の発明によれば、金属層が金、銀、アルミニウムのいずれかからなるため、従来より高効率かつ安定に大容量の情報を記録、再生することのできる光情報記録媒体が得られる。
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項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。
請求項６記載の発明によれば、光情報記録媒体の最表面がダイヤモンドライクカーボンで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のできる光情報記録媒体が得られる。
請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項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。
請求項７記載の発明によれば、光情報記録媒体の最表面がSiNで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のできる光情報記録媒体が得られる。
請求項８記載の発明は、記録光を発生する記録光発生手段と、前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点上に複数個配列し、隣接する微細構造層の列の間隔が少なくとも前記微細構造層の大きさ以上離れるように形成するプローブとを備えたことを特徴とする。
請求項８記載の発明によれば、隣接する微細構造層の配列の間隔が少なくとも微細構造層の大きさ以上離れているため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することができる。
請求項９記載の発明は、記録光を発生する記録光発生手段と、前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点以外に複数個配列し、各微細構造層の他の微細構造層との間隔を少なくとも各微細構造層の大きさ以上離すように形成するプローブとを備えたことを特徴とする。
請求項９記載の発明によれば、プローブにより２次元格子の格子点上以外に配置された各々の微細構造層について、その周辺に位置する微細構造層との間隔を少なくとも、微細構造層の大きさ以上離すように形成するため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することができる。
請求項１０記載の発明は、記録光を発生する記録光発生手段と、前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点の配列に対して進行方向から時計回りに45度、もしくは135度の偏波面をもつ直線偏光を入射するプローブとを備えたことを特徴とする。
請求項１０記載の発明によれば、微細構造層の２次元配列に対して進行方向から時計回りに45度、もしくは135度の偏波面をもつ直線偏光をプローブから入射するため、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。
請求項１１記載の発明は、記録光を発生する記録光発生手段と、前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点以外に複数個配列し、各微細構造層の他の微細構造層との間隔を少なくとも各微細構造層の大きさ以上離すと共に前記微細構造層の２次元配列に対して進行方向から時計回りに90度の偏波面をもつ直線偏光を入射するように形成するプローブとを備えたことを特徴とする。
請求項１１記載の発明によれば、微細構造層の２次元配列に対してプローブ進行方向から時計回りに90度の偏波面をもつ直線偏光を入射するため、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。
請求項１２記載の発明は、請求項８から１１のいずれか１項記載の光情報記録装置において、前記基板上に形成された微細構造の大きさと波長以下の微小開口を備えたプローブの開口寸法が等しいことを特徴とする。
請求項１２記載の発明によれば、基板上に形成された微細構造層の大きさと波長以下の微小開口を備えたプローブの開口寸法が等しいため、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。
請求項１３記載の発明は、ガラス基板の表面全面に前記ガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程とを備えたことを特徴とする。
請求項１３記載の発明によれば、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。
請求項１４記載の発明は、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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を備えたことを特徴とする。
請求項１４記載の発明によれば、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記録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。
請求項１５記載の発明は、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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を備えたことを特徴とする。
請求項１５記載の発明によれば、安定かつ安価に光記録再生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。
請求項１６記載の発明は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、ガラス基板の表面全面に前記ガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させることを特徴とする。
請求項１６記載の発明によれば、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記録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。
請求項１７記載の発明は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させることを特徴とする。
請求項１７記載の発明によれば、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記録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。
請求項１８記載の発明は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させることを特徴とする。
請求項１８記載の発明によれば、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記録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。
請求項１９記載の発明は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、ガラス基板の表面全面に前記ガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする。
請求項１９記載の発明によれば、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記録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。
請求項２０記載の発明は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする。
請求項２０記載の発明によれば、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記録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。
請求項２１記載の発明は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする。
請求項２１記載の発明によれば、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記録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。
本発明によれば、隣接する微細構造層の配列の間隔が少なくとも微細構造層の大きさ以上離れるように記録光を照射するため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することのできる光情報記録媒体が得られる。
本発明に係る光情報記録媒体の実施形態は、平板状の基板と、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層と、微細構造層の上部に形成された記録層とを備えた光情報記録媒体において、微細構造層が２次元格子点上に複数個配列され、隣接する微細構造層の列の間隔が少なくとも微細構造層の大きさ以上離れていることを特徴とする。
平板状の基板は透明であることが好ましい。
本発明に係る光情報記録媒体の他の実施形態は、平板状の基板と、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層と、微細構造層の上部に形成された記録層とを備えた光情報記録媒体において、微細構造層の中心が２次元格子点以外に複数個配列され、各微細構造層の他の微細構造層との間隔が少なくとも各微細構造層の大きさ以上離れていることを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の他の実施形態は、上記構成に加え、光吸収層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造を有していてもよく、誘電体層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造を有していてもよい。
本発明に係る光情報記録媒体の他の実施形態は、上記構成に加え、金属層が金、銀、アルミニウム、銅、白金のいずれかからなるのが好ましく、最表面にダイヤモンドライクカーボンが形成されていてもよく、最表面にSiNが形成されていてもよい。
本発明に係る光情報記録装置の実施形態は、記録光を発生する記録光発生手段と、記録光の波長以下の微小開口を有し、記録光により平板状の基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点上に複数個配列し、隣接する微細構造層の列の間隔が少なくとも微細構造層の大きさ以上離れるように形成するプローブとを備えたことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録装置の他の実施形態は、記録光を発生する記録光発生手段と、記録光の波長以下の微小開口を有し、記録光により平板状の基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点以外に複数個配列し、各微細構造層の他の微細構造層との間隔を少なくとも各微細構造層の大きさ以上離すように形成するプローブとを備えたことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録装置の他の実施形態は、記録光を発生する記録光発生手段と、記録光の波長以下の微小開口を有し、記録光により平板状の基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点の配列に対して進行方向から時計回りに45度、もしくは135度の偏波面をもつ直線偏光を入射するプローブとを備えたことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録装置の他の実施形態は、上記構成に加え、記録光を発生する記録光発生手段と、記録光の波長以下の微小開口を有し、記録光により平板状の基板上に記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点以外に複数個配列し、各微細構造層の他の微細構造層との間隔を少なくとも各微細構造層の大きさ以上離すと共に微細構造層の２次元配列に対して進行方向から時計回りに90度の偏波面をもつ直線偏光を入射するように形成するプローブとを備えたことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録装置の他の実施形態は、上記構成に加え、基板上に形成された微細構造の大きさと波長以下の微小開口を備えたプローブの開口寸法が等しいのが好ましい。
本発明に係る光情報記録媒体の製造方法の実施形態は、ガラス基板の表面全面にガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、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、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の製造方法の他の実施形態は、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、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の表面に所定の凹凸を形成する工程、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を備えたことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の製造方法の他の実施形態は、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、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の表面に所定の凹凸を形成する工程、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を備えたことを特徴とする。
尚、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形することが可能である。
また、上述した実施形態としての方法や装置等を実現するための処理手順を有するプログラムやプログラムを記憶媒体に格納することにより、本発明の実施例による各機能を、その記録媒体から供給されるプログラムによって、システムを構成するコンピュータのＣＰＵに処理を行わせて実現させることが可能である。
すなわち、本発明に係る光情報記録媒体の製造プログラムの実施形態は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、ガラス基板の表面全面にガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、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、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させることを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の製造プログラムの他の実施形態は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、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の表面に所定の凹凸を形成する工程、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させることを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の製造プログラムの他の実施形態は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、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の表面に所定の凹凸を形成する工程、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させることを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の製造プログラムを格納した記憶媒体の実施形態は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、ガラス基板の表面全面にガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、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、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の製造プログラムを格納した記憶媒体の他の実施形態は、 光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、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の表面に所定の凹凸を形成する工程、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする。
本発明に係る光情報記録媒体の製造プログラムを格納した記憶媒体の他の実施形態は、光情報記録装置の実質的なコンピュータに、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、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の表面に所定の凹凸を形成する工程、レジストを除去する工程、ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする。
この場合、上記の記憶媒体により、あるいは外部の記録媒体から、プログラムを含む情報群を装置に供給する場合でも本発明は適用されるものである。
すなわち、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体及びその記憶媒体から読み出された信号は本発明を構成することになる。
この記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ、CD-ROM、CD-R、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ROM、EEPROM等を用いてよい。
以下に本発明に係る光情報記録装置の一実施例としての光学情報処理装置について説明する。
図１は本発明に係る光情報記録装置のプローブ近傍の説明図である。
図１に示すように、入射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13から近接場光を情報記録媒体11に照射する。情報記録媒体11上にはプローブ13の微小開口とほぼ同じ大きさを持った微細構造層12が形成されている。
この微細構造層12に、プローブ13から近接場光を照射することにより、あらかじめ情報記録媒体11に形成された微細構造層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、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。
図２（ａ）〜（ｄ）に本発明に係る光情報記録装置の一実施例としての光学情報処理装置について詳細に説明する。
図２（ａ）は本発明に係る光情報記録装置の一実施例としての光学情報処理装置の概念図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した光情報処理装置の平面型基板（スライダ部、浮上型ヘッドともいう）27の外観斜視図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示した光情報処理装置のホルダ周辺の外観斜視図であり、図２（ｄ）は図２（ｂ）に示した平面型基板を裏返したときの透視図である。
図２（ａ）において、21はレーザダイオード、22、26はコリメートレンズ、23はビームスプリッタ、24は結像レンズ、25は光検出器（例えば、フォトダイオードもしくはフォトトランジスタ）、27はスライダ部、28はホルダ、29は微細構造層、30は光情報記録媒体を示す。
図１に示したプローブ13は平面型基板27の底面に突起形状で形成されている。このプローブ13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13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。この平面プローブ部はスライダ状に平面型基板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上を掃引する。
ここで、平面プローブ部は、図２（ｂ）に示すように平面基板上に形成された突起部である。図２（ｄ）に示すように平面プローブ部を裏返して光情報記録媒体30に相対させ、プローブ上方より円錐台形状のプローブ底面にレーザ光を入射すると、円錐台先端に近接場光が生じることになる。「スライダ状に平面型基板27の底面に形成され」とは、図２（ｂ）に示すようなプローブ部と、光情報記録媒体30上を浮上するための土台部（平面プローブ部以外の基板上の構造）のことを指す。ホルダ28は図２（ｃ）に示すように、スライダ部27の上面側にサスペンションが接着され固定されている。
情報記録媒体11は、記録光の波長以下の大きさ（径）の微細構造層29をもち、表面は保護層を備え、スライダ部との磨耗に耐えるように構成されている。
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によってスライダ部27の底面に形成された平面プローブ部にスポットを結像し、平面プローブ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層29に結合する。
再生の場合、光情報記録媒体30から反射する近接場光成分をスライダ部27の底面に形成された平面プローブ部で検出する。検出した近接場光はプローブ13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にスポットを結ぶ。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上に記録された情報を再生することができる。
図３は本発明に係る光情報記録装置の他の実施例としての光学情報処理装置の概念図である。
また、図３に示すように、光情報記録媒体30の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34で光検出器35上にディスク表面（光情報記録場板30の表面）の近接場光を照射した部分の光を結像し検出する。この光検出器35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。
本実施例において、光情報記録媒体30の基板表面にたとえば円柱形状の微細構造層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。
図２に示した微細構造層29の平面図の一例を図４に示す。
ここで微細構造層の大きさは記録光の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。44は光情報記録媒体30の基板上に形成された微細構造層からなる突起であり、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、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、及び金属層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の材料としては、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を用いることができる。
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。ここで、プラズモンとは金属を固体プラズマと見なしたときに表面に生じる量子論的な電荷密度の波である（請求項５）。
この微小突起にプローブ13から結合した近接場光は金属微細構造層41があるため、プラズモンを発生することにより、高効率で金属微細構造に結合することができる。
金属微細構造層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(請求項３)。
図５は、図２に示した微細構造層29の平面図の他の一例である。
また、図５に示すような構成でも同様な効果が得られる。
ここで微細構造層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。55は光情報記録媒体に用いられる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、ZnS、SiO2などから構成される。その上に、熱反応層54、光記録層53、熱反応層52、金属層51が積層されている。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の材料としては、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、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を用いることができる。
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（請求項５）。
この微小突起にプローブから結合した近接場光は金属微細構造層41があるため、プラズモンを発生することにより、高効率で金属微細構造に結合することができる。
金属微細構造層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のち、その直下の熱反応層52に転写され、熱反応層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（請求項４）。
また、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。したがって光情報記録媒体にプローブ開口半径と同程度の微細構造層が形成されているとき、微細構造層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、微細構造層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、微細構造層間の間隔は微細構造層の大きさ以上であることが望ましい（請求項６、１３）。
またこの場合、図１に示すプローブ13と光情報記録媒体11と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。またこの場合には図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、光情報記録媒体と上記光ピックアップの微小開口部と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。記録媒体側の微細構造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。
光情報記録媒体30に用いられる基板としては、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）、石英ガラスなどが用いられ、その厚みは通常0.5〜1.5mm、好ましくは0.6〜1.2mmである。
図６（ａ）〜（ｅ）は、図２に示した微細構造の製造方法を示す工程図の一例である。
光記録媒体側の微細構造はたとえば以下に述べるような方法で作製可能である（図６、１２）。たとえば、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。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、レジスト63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微細構造の凹凸64を形成する。さらにレジストを残した状態で、表面全体に金属膜65、記録層66、熱反応層67を形成する。
ここで金属層65の次に熱反応層を形成することで図５に示した構成を形成することができる。この状態でレジストを除去することにより積層の微細構造層を有した光情報記録媒体を構成することができる（図６（e）、請求項７、１３、１６、１９）。
図７（ａ）〜（ｄ）は図２に示した微細構造の製造方法を示す工程図の他の一例である。
また図７（ａ）〜（ｄ）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76を形成する。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、該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72の表面に所定の微細構造層の凹凸74を形成する。
ここで、表面全体に金属膜75、記録層76、熱反応層77を形成する。金属層75の次に熱反応層を形成することで図５に示した構成を形成することができる。また、表面を研磨することで突起部分を除去し表面が平面な記録媒体を作製することが可能である（請求項８、１７、２０）。
また図６、図７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ガラス基板そのものをエッチングした後、図６（ｂ）〜(e)、図７(b)〜（ｄ）の工程を行うことにより、同様の微細構造層を有した光情報記録媒体を作製することが可能である。
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、とく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。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。
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、金、銀などがあるが、とく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、基板62上にCo3O4薄膜66を形成することが可能である（請求項９、１５、１８、２１）。
図２、３中に示した半導体レーザ光源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、レーザーダイオード（LD：半導体レーザ）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とを配置して入射光の偏波面と信号光の偏波面とを90度回転させることによって、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、良好な記録マークの形成、再生信号を安定に検出することができる。
また光情報記録媒体の最表面は、近接場平面プローブが記録光の波長以下の距離に近づいて高速で掃引するため、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、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（請求項１０、１１）。
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。この平面型プローブの作製方法の一例を図８（ａ）〜（ｅ）に示す。
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膜86を形成する。この窒化シリコン膜はSiH4とNH3とを700〜1100℃の高温下で熱反応させる高温熱CVD法で成膜することが出来る。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あげたが、他の高屈折率材料でもなんら問題無い。例えば、石英ガラス上にSiO2をスパッタ（基板表面から１μｍ程度）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ガラスへイオン注入、また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、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℃程度の温度雰囲気中で適当な電圧を印可することによりSOI基板とガラス基板を接合することにより、石製基板上に高屈折率材料を形成することが出来る。
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との接合面を鏡面研磨しRCA洗浄し、１×10-9Torr以下の真空度のチャンバー内で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出来る。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、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。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、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からなる近接場光学プローブ85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上に高屈折率材料からなる突起からなる近接場光学プローブ85を形成することができる。このあと、基板82の裏面にスパッタ等で反射防止膜87をコーティングすることで、平面型プローブを形成することができる。
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。平面プローブのレーザ光が入射する上面には、反射防止膜が形成されている。反射防止膜がない場合に比べ、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。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。
また、反射防止膜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。
光記録媒体上には図４に示した微細構造が２次元配列状に配置され、その上をプローブが走引されることで情報の記録再生を行う。この時、図９に各微細構造が２次元配列状に配置されている構成を示す。ここでプローブ進行方向はx軸、それに垂直な方向をｙ軸とする。ある時点でプローブから近接場光が照射されている微細構造を９０、プローブ進行方向の隣接微細構造を92、すでに通過した微細構造を91、y軸方向に隣接した微細構造を93（＋側）、94（−側）とする。ここでx軸方向の微細構造の中心間の距離をP、ｙ軸方向の微細構造の中心間の距離をTとし、各微細構造の半径をRとする。ここで中心の微細構造90の半径を15ｎｍとした時、隣接微細構造との間隔を変化させた場合、プローブから近接場光を照射した微細構造に結合する電界強度と、隣接微細構造にクロストーク成分として結合する電界強度との比を図１０に示す。図１０より、微細構造間の距離がその微細構造の直径より大きい時、すなわちT>2R、P>2Rにすることにより、隣接の微細構造にクロストーク、クロスライトの影響を低減することが可能となる。また、この時、近接場光を照射された微細構造は入射した偏光方向に対して垂直な方向のエッジ部分の電界強度が強くなる。したがって電界強度が強くなった部分の近傍に微細構造が位置する場合にクロストーク、クロスライトが大きくなることになる。この影響を軽減するため、図９に示すように微細構造の２次元配列に対してプローブ進行方向から時計回りに45度、もしくは135度の偏波面をもつ直線偏光を入射することで、クロストーク、クロスライトを軽減することが可能になる(請求項１、１２)。
図１１は、各微細構造が２次元配列状に配置されている構成の他の一例を示す図である。
また、図１１に示すように、隣接した微細構造列に配列している微細構造間の距離がその微細構造の直径より大きくなるように配置した時、すなわちP>2Rにすることにより、隣接の微細構造にクロストーク、クロスライトの影響を低減することが可能となる。この時のトラックピッチTは図９に示した配置におけるトラックピッチTよりも間隔を短くすることが可能であり、同じ媒体面積に対する記録密度をより向上することが可能になる。また、この時も、近接場光を照射された微細構造は入射した偏光方向に対して垂直な方向のエッジ部分の電界強度が強くなる。したがって電界強度が強くなった部分の近傍に微細構造が位置する場合にクロストーク、クロスライトが大きくなることになり、この影響を軽減するため、図１１に示した微細構造の２次元配列に対してプローブ進行方向から時計回りに90度の偏波面をもつ直線偏光を入射することで、クロストーク、クロスライトを軽減することが可能になる(請求項２、１３)。
〔作用効果〕
（請求項１） 請求項１記載の光情報記録装置は、平板状の基板と、該基板上に、記録光の波長以下のサイズの微細構造を基板上に形成した微細構造層を備え、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情報を記録する光情報記録装置において、情報を記録あるいは記録された情報を再生するための微細構造が複数個配列し、ここの微細構造が２次元格子点上に配列されている微細構造配列において、隣接する微細構造列との間隔が少なくとも形成されている微細構造の大きさ以上離れているため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することができる。
（請求項２） 請求項２記載の光情報記録装置は、平板状の基板と、該基板上に、記録光の波長以下のサイズの微細構造を基板上に形成した微細構造層を備え、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情報を記録する光情報記録装置において、前記微細構造の中心が微細構造の２次元配列において、その２次元格子の格子点上以外に配置され、各々の微細構造について、その周辺に位置する微細構造との間隔が少なくとも、形成されている微細構造の大きさ以上離れているため、高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することができる。
（請求項３） 請求項３記載の光情報記録装置は、平板状の基板と、該基板上に、記録光の波長以下のサイズの微細構造を基板上に形成した微細構造層を備え、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微細構造おいて、光吸収層、光記録層、金属層、保護層からなる積層構造を有しているため、従来より高効率かつ安定に高品質の大容量の情報を記録、再生することができる。
（請求項４） 請求項４記載の光情報記録装置は、平板状の基板と、該基板上に、記録光の波長以下のサイズの微細構造を基板上に形成した微細構造層を備え、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微細構造おいて、誘電体層、光記録層、金属層、保護層からなる積層構造を有しているため、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。
（請求項５） 請求項５記載の光情報記録装置は、金属層が金、銀、アルミニウムからなるため、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。
（請求項６） 請求項６記載の光情報記録装置は、基板上に形成された微細構造の大きさと波長以下の微小開口を備えたプローブの開口寸法が等しいため、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。
（請求項７） 請求項７記載の光情報記録装置は、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、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、レジストを除去する工程、さらに表面全体に金属膜、光吸収層、光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程、より作製された光情報記録再生媒体から構成されているため、安定かつ安価に光記録再生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。
（請求項８） 請求項８記載の光情報記録装置は、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、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、レジストを除去する工程、さらに表面全体に金属膜、光吸収層、光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程、より作製された光情報記録再生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、安定かつ安価に光記録再生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。
（請求項９） 請求項９記載の光情報記録装置は、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、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、レジストを除去する工程、さらに表面全体に金属膜、光吸収層、光記録層を形成する工程、レジスト層を除去するリフトオフの工程、より作製された光情報記録再生媒体から構成されているため、安定かつ安価に光記録再生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。
（請求項１０） 請求項１０記載の光情報記録装置は、光情報記録媒体の最表面がダイヤモンドライクカーボンで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。
（請求項１１） 請求項１１記載の光情報記録装置は、光情報記録媒体の最表面がSiNで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。
（請求項１２） 請求項１２記載の光情報記録装置は、平板状の基板と、該基板上に、記録光の波長以下のサイズの微細構造を基板上に形成した微細構造層を備え、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情報を記録する光情報記録装置において、情報を記録あるいは記録された情報を再生するための微細構造が複数個配列し、ここの微細構造が２次元格子点上に配列されている微細構造配列において、隣接する微細構造列との間隔が少なくとも形成されている微細構造の大きさ以上離れている光情報記録装置において、微細構造の２次元配列に対してプローブ進行方向から時計回りに45度、もしくは135度の偏波面をもつ直線偏光を入射するため、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。
（請求項１３） 請求項１３記載の光情報記録装置は、平板状の基板と、該基板上に、記録光の波長以下のサイズの微細構造を基板上に形成した微細構造層を備え、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情報を記録する光情報記録装置において、前記微細構造の中心が微細構造の２次元配列において、その２次元格子の格子点上以外に配置され、各々の微細構造について、その周辺に位置する微細構造との間隔が少なくとも、形成されている微細構造の大きさ以上離れている光情報記録装置において、微細構造の２次元配列に対してプローブ進行方向から時計回りに90度の偏波面をもつ直線偏光を入射するため、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。
本発明は、光情報記録媒体、光情報記録装置、光情報記録媒体の製造方法、製造プログラム及び記憶媒体の他、光情報記録再生装置に利用できる。
本発明に係る光情報記録装置のプローブ近傍の説明図である。 （ａ）は本発明に係る光情報記録装置の一実施例としての光学情報処理装置の概念図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光情報処理装置の平面型基板27の外観斜視図であり、（ｃ）は（ａ）に示した光情報処理装置のホルダ周辺の外観斜視図であり、（ｄ）は（ｂ）に示した平面型基板を裏返したときの透視図である。 本発明に係る光情報記録装置の他の実施例としての光学情報処理装置の概念図である。 図２に示した微細構造層２９の平面図の一例である。 図２に示した微細構造層２９の平面図の他の一例である （ａ）〜（ｅ）は、図２に示した微細構造の製造方法を示す工程図の一例である。 （ａ）〜（ｄ）は図２に示した微細構造の製造方法を示す工程図の他の一例である。 （ａ）〜（ｅ）は平面型プローブの作製方法の一例である。 各微細構造が２次元配列状に配置されている構成の一例を示す図である。 プローブから近接場光を照射した微細構造に結合する電界強度と、隣接微細構造にクロストーク成分として結合する電界強度との比を示す図である。 各微細構造が２次元配列状に配置されている構成の他の一例を示す図である。
符号の説明
１１、３０ 光情報記録媒体
１２ 微細構造層
１３ プローブ
２１ レーザダイオード
２２、２６ コリメートレンズ
２３ ビームスプリッタ
２４ 集光レンズ
２５、３５ 光検出器
２７ スライダ部
２８ ホルダ
２９ 微細構造層

Claims (21)

  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層と、該微細構造層の上部に形成された記録層とを備えた光情報記録媒体において、
    前記微細構造層が２次元格子点上に複数個配列され、隣接する微細構造層の列の間隔が少なくとも前記微細構造層の大きさ以上離れていることを特徴とする光情報記録媒体。
  2. 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層と、該微細構造層の上部に形成された記録層とを備えた光情報記録媒体において、
    前記微細構造層の中心が２次元格子点以外に複数個配列され、各微細構造層の他の微細構造層との間隔が少なくとも各微細構造層の大きさ以上離れていることを特徴とする光情報記録媒体。
  3. 請求項１または２記載の光情報記録媒体において、
    光吸収層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造を有していることを特徴とする光情報記録媒体。
  4. 請求項１または２記載の光情報記録媒体において、
    誘電体層、光記録層、金属層、及び保護層からなる積層構造を有していることを特徴とする光情報記録媒体。
  5. 請求項３または４記載の光情報記録媒体において、
    前記金属層が金、銀、アルミニウム、銅、白金のいずれかからなることを特徴とする光情報記録媒体。
  6. 請求項１から５のいずれか１項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。
  7. 請求項１から５のいずれか１項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。
  8. 記録光を発生する記録光発生手段と、
    前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点上に複数個配列し、隣接する微細構造層の列の間隔が少なくとも前記微細構造層の大きさ以上離れるように形成するプローブとを備えたことを特徴とする光情報記録装置。
  9. 記録光を発生する記録光発生手段と、
    前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点以外に複数個配列し、各微細構造層の他の微細構造層との間隔を少なくとも各微細構造層の大きさ以上離すように形成するプローブとを備えたことを特徴とする光情報記録装置。
  10. 記録光を発生する記録光発生手段と、
    前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点の配列に対して進行方向から時計回りに45度、もしくは135度の偏波面をもつ直線偏光を入射するプローブとを備えたことを特徴とする光情報記録装置。
  11. 記録光を発生する記録光発生手段と、
    前記記録光の波長以下の微小開口を有し、前記記録光により平板状の基板上に前記記録光の波長以下のサイズの微細構造層を２次元格子点以外に複数個配列し、各微細構造層の他の微細構造層との間隔を少なくとも各微細構造層の大きさ以上離すと共に前記微細構造層の２次元配列に対して進行方向から時計回りに90度の偏波面をもつ直線偏光を入射するように形成するプローブとを備えたことを特徴とする光情報記録装置。
  12. 請求項８から１１のいずれか１項記載の光情報記録装置において、
    前記基板上に形成された微細構造の大きさと波長以下の微小開口を備えたプローブの開口寸法が等しいことを特徴とする光情報記録装置。
  13. ガラス基板の表面全面に前記ガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程とを備えたことを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
  14. 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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を備えたことを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
  15. 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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を備えたことを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
  16. 光情報記録装置の実質的なコンピュータに、
    ガラス基板の表面全面に前記ガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程
    を実行させることを特徴とする光情報記録媒体の製造プログラム。
  17. 光情報記録装置の実質的なコンピュータに、
    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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程
    を実行させることを特徴とする光情報記録媒体の製造プログラム。
  18. 光情報記録装置の実質的なコンピュータに、
    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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を
    実行させることを特徴とする光情報記録媒体の製造プログラム。
  19. 光情報記録装置の実質的なコンピュータに、
    ガラス基板の表面全面に前記ガラス基板より屈折率を高くするイオンを注入し、そ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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程
    を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
  20. 光情報記録装置の実質的なコンピュータに、
    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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程
    を実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
  21. 光情報記録装置の実質的なコンピュータに、
    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、
    前記レジストを後退させながら前記ガラス基板をエッチングして前記ガラス基板の表面に所定の凹凸を形成する工程、
    前記レジストを除去する工程、
    前記ガラス基板の表面全体に金属膜、光吸収層、及び光記録層を形成する工程、
    前記レジスト層を除去するリフトオフの工程を
    実行させる光情報記録媒体の製造プログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
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