CN101271274A - 微小结构和信息记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含含硫化合物和氧化硅的微小结构。本发明公开了一种微小结构的制作方法。本发明还公开了一种一次写入信息记录介质，包含基板，以及由混合无机材料形成并沉积在该基板上的记录层，其中该混合无机材料包含含硫化合物和氧化硅。

Description

微小结构和信息记录介质

技术领域

本发明涉及微小结构(minute structure)和一次写入(WORM，或一次写入多次读取)信息记录介质。

背景技术

近来，尺寸范围在纳米级至微米级的微小结构的研究和发展已经在包含纳米光子、高密度记录介质、光学元件和生物化学芯片的许多领域展开。利用光电器件的这些装置所不可或缺的是在可见光区域是光学透明且具有低光学损耗的材料。为此，使用透明材料来制作微小结构的技术的研究和发展正蓬勃地进行。

氧化锌在可见光区域是光学透明的，且具有吸收紫外光的性能。氧化锌被用于例如LED、透明晶体管、UV切割材料、电子摄影等用途。

形成氧化锌的方法的离子可包含溅射方法、离子电镀方法(参考特开2006-117462号公报)、以及前驱体热分解(参考特开2007-022851号公报)。

一般而言，在制作具有一维或二维周期性微小结构的纳米线、点等时，电子束曝光系统、离子束曝光系统和步进曝光系统中的任何一种被使用。然而，这些曝光系统需要真空源且昂贵，且制作成本变高。为此，期望以低成本进行简单图案化并制作周期性微小结构。

如果其中微小结构规则布置的周期性结构被光照射，将会出现例如光子能带(photonic band)效应的独特现象。期望将这种周期性结构应用于利用光谐振或者光子夹杂(photon inclusion)的光学波导、光学滤波器、光学开关、低阈值激光等。此外，已知其中微小结构以低于亚波长的间隔来规则布置的周期性结构用于防止菲涅耳反射并呈现由所谓蛾眼(moth eye)结构的非反射特性(参考OPTICAL REVIEW，Vol.10，No.2，2003，pages 63-73)。

另一方面，在生物技术领域，强烈需要使用微小结构作为其中分子和原子被选择性地组合的DNA芯片。DNA芯片使得可以容易研究为疾病起因的基因的存在，并用于研究该基因以及疾病的诊断。

DNA芯片通常是由硅或玻璃的薄基板组成，构成疾病起因的基因的DNA(脱氧核糖核酸)附着在DNA芯片上。如果从患者提取并被处理的血液滴在DNA芯片上，且血液中存在疾病起因的基因，则血液内的DNA附着到DNA芯片的DNA。容易判断患者是否得病。如果研究基因的行为，则可以实现疾病的早期发觉以及预期药物的副作用。在医疗现场，基因筛查的需求迅速增加。

此外，对于规则布置成二维形状的金属性微小结构，利用通过表面等离子激元激励的光与分子的交互作用，这样的应用展开被预期。

用于制作微小结构以及其中微小结构规则布置的周期性结构的现有方法是在半导体微制作中使用光学光刻。由于现有方法需要昂贵的电子束曝光系统，存在成本高的问题。再者，所制作的微小结构的尺寸依赖于制作设备的性能。

另一方面，掩模被制作，且现有方法具有适于量化生产的优点。然而，现有方法不适于在规格改变时的简单电路设计以及在实验阶段的简单实验。

还已知通过激光束利用2光子吸收来制作三维微小结构或三维光子晶体的方法(参考特开2003-001599号公报和特开2005-122002号公报)。然而，这种制作需要大量时间，且使用的材料限于可以通过光聚合反应来形成的树脂。为此，需要一种简单的不昂贵的可以进一步改善资源节约的微小结构制作方法。

用于形成微小结构以及其中微小结构规则布置的周期性结构的反转结构的现有方法利用包含射出成型的压花工艺。近年来，已经发展出精确地转印(transfer)纳米尺寸结构的反转结构的纳米压印技术。使用光聚合或热聚合的该纳米压印技术可以以足够高的精确度来制作主模的反转结构，且适于量产。当反转结构用做光子晶体时，形成与主模不同的效应。

近年来，注意力转到作为低成本处理方法的热光刻(heat lithography)，其与使用光学光刻的微制作相比更为成本有效。热光刻是利用下述原理的微制作技术，当吸热层被加热(该层在被激光束照射时用做光吸收层)时，被加热部分的特性(透射率、折射率、电导率、化学腐蚀抗性等)改变。被光照射的区域的温度分布转变为高斯分布，分布中心内的高温区域的面积约为光斑面积的1/10，且仅该区域的特性改变。因此，可以制作微小图案。

特开2005-158191号公报披露了一种制作光学记录介质的方法，该方法至少包含：在支撑基板上逐一层叠第一介电层、光吸收层和第二介电层的步骤；发射激光束以记录信息的步骤；以及通过湿法蚀刻除去第二介电层的未被记录区域，以形成第二介电层的突起部分的步骤。

在特开2005-158191号公报披露的方法中，所形成的第二介电层的突起部分具有矩形或者倒渐缩形状的截面，且因为蚀刻抗性仅在热分布(高斯分布)的最大值附近内增大，突起部分的尺寸小于光的衍射极限。且吸收激光的该光吸收层上的第二介电层的蚀刻抗性增大，且突起部分形成。然而，由于许多用途要求除去光吸收层，因此需要形成该突起部分而不形成该光吸收层。还存在的问题为，当在第二介电层内形成突起部分时，突起部分的端部粗糙。

近年来需要具有亚波长或精细结构光子晶体的光学元件。这种精细结构的应用不限于光学元件。例如，有机电致发光(OEL)显示器或者有机发光二极管显示器(OLED)是使用有机化合物的新一代发光显示器。与传统显示器相比，OLED发射的光亮且清楚，视场角度大，显示器薄，且工作温度范围宽。OLED示为具有这些突出特征的显示器。此外，已知通过将OLED与二维光子晶体结构组合，改善OLED的发光效率。例如，参考″M.Fujita，T.Ueno，T.Asano，S.Noda，H.Ohata，T.Tsuji，H.Nakada and N.Shimoji，Electronics Letters，Vol.39，p.1750(2003)″，″Y.Lee，S.Kim，J.Huh，G.Kim andY.Lee，Applied Physics Letters，Vol.82，p.3779(2003)″，″M.Kitamura，S.Iwamoto and Y.Arakawa，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.44，p.2844(2005)″，″K.Ishihara，M.Fujita，I.Matsubara，T.Asano and S.Noda，JapaneseJournal of Applied Physics，Vol.45，No.7，p.L210(2006)″，以及″M.Fujita，K.Ishihara，T.Ueno，T.Asano，S.Noda，H.Ohata，T.Tsuji，H.Nakada and N.Shimoji，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.44，p.3669(2005)″.

此外，在光电转换装置例如太阳能电池中，对于精细结构的需要是已知的。太阳能电池分组为：干式太阳能电池，由单晶硅、多晶硅、非晶硅等形成，以及湿式太阳能电池，例如Graetzel电池或者染料敏化太阳能电池。在染料敏化太阳能电池中，氧化钛用做半导体电极。然而，理论上，可以采用使用其它氧化物半导体的太阳能电池，且针对这个目的的各种研究正在进行中。

发明内容

根据本发明一个方面，公开了一种改进的微小结构，其中上述问题被消除。

根据本发明一个方面，公开了一种使用热光刻可以容易地形成的微小结构。

根据本发明一个方面，公开了一种微小结构制作方法，其使用热光刻可以容易地形成微小结构。

根据本发明一个方面，公开了一种一次写入信息记录介质，其可以低成本地制作且在其中形成微小记录标记。

在解决或减轻一个或多个上述问题的本发明实施例中，公开了一种包含含硫化合物和氧化硅的微小结构。

上述微小结构可以布置成使得该微小结构为下述配置的任意一种：具有弯曲表面的突起配置、具有弯曲表面的突起结构形成于圆柱体结构上的配置、以及圆柱形配置。

上述微小结构可以布置成使得该微小结构为下述配置的任意一种：具有弯曲表面的突起配置、具有弯曲表面的突起结构形成于圆柱体结构上的配置、以及圆柱形截面连续地形成的配置。

上述微小结构可以布置成使得该含硫化合物包含ZnS。

上述微小结构可以布置成使得该含硫化合物包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的第一含硫化合物。

上述微小结构可以布置成使得该含硫化合物包含FeS和GeS₂的至少一种。

上述微小结构可以布置成使得该微小结构还包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的材料。

上述微小结构可以布置成使得用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的该材料包含Al、Ag、Au、Cu、Zn、Pt、Sb、Te、Ge、Si、Bi、Mn、W、Nb、Co、Sr、Fe、In、Sn、Ni、Mo、Mg和Ca的至少一种。

上述微小结构可以布置成使得该微小结构还包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的该材料的氧化物。

上述微小结构可以布置成使得用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的该材料包含第二含硫化合物和含锌化合物的至少一种。

上述微小结构可以布置成使得用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的该材料包含ZnTe、ZnSe和MnS的至少一种。

上述微小结构可以布置成使得用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的该材料包含荧光材料。

上述微小结构可以布置成使得该荧光材料或者为CdSe或者为CdTe。

上述微小结构可以布置成使得氧化硅的含量百分比在10mol％至30mol％的范围内。

在解决或减轻一个或多个上述问题的本发明实施例中，公开了一种微小结构的制作方法，该方法包含步骤：在基板上形成包含含硫化合物和氧化硅的层；使用激光束照射包含含硫化合物和氧化硅的该层；蚀刻通过该激光束照射的该层以形成微小结构，其中该含硫化合物包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的第一含硫化合物，或者包含含硫化合物和氧化硅的该层还包含用于提高光学吸收能力的材料。

在解决或减轻一个或多个上述问题的本发明实施例中，公开了一种一次写入信息记录介质，包含：基板；以及由混合无机材料形成并沉积在该基板上的记录层，其中该混合无机材料包含含硫化合物和氧化硅。

上述一次写入信息记录介质可以布置成使得该混合无机材料还包含一种无机材料，该无机材料不同于该含硫化合物和氧化硅并且选自金属、半金属和半导体，且该记录层具有比不包含该无机材料的相同厚度的记录层的光学吸收能力高的对预定波长的光的光学吸收能力。

上述一次写入信息记录介质可以布置成使得该一次写入信息记录介质还包含沉积在该基板上的介电层和反射层。

上述一次写入信息记录介质可以布置成使得该无机材料包含构成该含硫化合物和氧化硅的元素。

上述一次写入信息记录介质可以布置成使得该无机材料包含选自Al、Ag、Au、Cu、Zn、Pt、Sb、Te、Ge、Si、Bi、Mn、W、Nb、Co、Sr、Fe、In、Sn、Ni、Mo、Mg、Ca、Pb和Ba的至少一种元素。

根据本发明实施例，可以提供一种通过使用热光刻可以容易地形成的微小结构，以及通过使用热光刻可以容易地形成微小结构的微小结构的制作方法。

根据本发明实施例，可以提供一种使用该微小结构的基板的图案化方法，以及包含该微小结构的结构、信息记录介质、原盘(master substrate)、光学元件、光学通信装置、DNA芯片、发光装置、光电换能器以及光学透镜。

根据本发明实施例，可以提供一种可以低成本制作且可以在其中形成微小记录标记的一次写入信息记录介质。

附图说明

本发明的其它目的、特征和优点将通过结合附图进行的下述详细描述而变得显而易见。

图1A和1B为示出实施例1的信息记录介质的构成的图示。

图2A、2B、2C和2D为用于解释实施例1的信息记录介质的制作方法的剖面图。

图3A和3B为示出实施例2的信息记录介质的构成的图示。

图4A和4B为示出微小结构的扫描电子显微镜照片的图示(4.5mW脉冲光输出)。

图5A和5B为示出微小结构的扫描电子显微镜照片的图示(5.0mW脉冲光输出)。

图6A和6B为示出微小结构的扫描电子显微镜照片的图示(5.5mW脉冲光输出)。

图7A和7B为示出微小结构的扫描电子显微镜照片的图示(6.0mW脉冲光输出)。

图8A和8B为示出微小结构的扫描电子显微镜照片的图示(6.4mW脉冲光输出)。

图9A和9B为示出微小结构的扫描电子显微镜照片的图示(7.0mW脉冲光输出)。

图10为用于解释脉冲光输出和微小结构的最大直径之间的关系的图示。

图11A、11B、11C和11D分别为阶段I、阶段II、阶段III和阶段IV中的微小结构的剖面图。

图12A和12B为示出实施例4的光学非反射膜的构成的图示。

图13A和13B为示出实施例5的光学波导的构成的图示。

图14A和14B为示出实施例6的光学滤波器的构成的图示。

图15为示出实施例7的原盘的构成的图示。

图16A、16B、16C、16D、16E和16F为用于解释图15的原盘的制作方法的剖面图。

图17为示出实施例7的微小结构的另一示例的剖面图。

图18A和18B为示出实施例8的光学非反射膜的构成的图示。

图19A和19B为示出实施例9的光学非反射膜的构成的图示。

图20为示出实施例9的光学非反射膜的另一示例的剖面图。

图21为示出实施例10的信息记录介质的构成的图示。

图22A和22B为示出实施例11的光学波导的构成的图示。

图23为示出实施例12的光学滤波器的构成的剖面图。

图24为示出实施例12的光学滤波器的另一示例的剖面图。

图25A、25B、25C和25D为示出实施例13的微小结构的扫描电子显微镜照片的图示。

图26为用于解释脉冲光输出和微小结构的外径或内径之间的关系的图示。

图27A和27B为示出实施例13的微小结构的另一示例的扫描电子显微镜照片的图示。

图28为示出实施例13的微小结构的另一示例的扫描电子显微镜照片的图示。

图29A、29B、29C和29D为示出实施例15的微小结构的扫描电子显微镜照片的图示。

图30A和30B为示出实施例15的微小结构的另一示例的扫描电子显微镜照片的图示。

图31为用于解释波分复用通信的图示。

图32为示出实施例17的偏振分离件的构成的透视图。

图33A、33B、33C和33D为用于解释实施例17的偏振分离件的制作方法的剖面图。

图34A和34B为示出实施例17的偏振分离件的扫描电子显微镜照片的图示(3.5mW脉冲光输出)。

图35为示出实施例17的偏振分离件的S偏振光透射率的波长依存性的图示。

图36A和36B为示出实施例17的偏振分离件的扫描电子显微镜照片的图示(2.5mW脉冲光输出)。

图37为示出实施例17的偏振分离件的S偏振光透射率的波长依存性的图示。

图38为示出实施例18的光学滤波器的构成的透视图。

图39A、39B、39C和39D为用于解释实施例18的光学滤波器的制作方法的剖面图。

图40A和40B为示出实施例18的光学滤波器的扫描电子显微镜照片的图示。

图41为示出实施例18的光学滤波器的S偏振光透射率的波长依存性的图示。

图42A和42B为示出实施例19的无机EL元件的构成的剖面图。

图43为示出实施例20的染料敏化太阳能电池的构成的剖面图。

图44A和44B为示出实施例21的非球面光学透镜的构成的图示。

图45A和45B为示出本发明实施例的光学信息记录介质的构成的图示。

图46A和46B为示出其中记录层被激光束照射的光学信息记录介质的扫描电子显微镜照片的图示。

图47A和47B为示出本发明实施例的光学信息记录介质的构成的图示。

图48A和48B为示出本发明实施例的原盘的构成的图示。

图49为示出其上形成记录坑的石英基板的构成的图示。

图50A和50B为示出本发明实施例中用于光学非反射膜的原盘的构成的图示。

图51为示出其上形成图案的石英基板的构成的图示。

图52A和52B为示出本发明实施例的其中由混合无机材料形成的记录层被激光束照射的光学信息记录介质的样品的扫描电子显微镜照片的图示。

具体实施方式

现在将参考附图解释本发明实施例。

本发明实施例1的微小结构包含混合成份，该混合成份包含至少一种含硫化合物(称为材料A)和至少一种氧化硅(称为材料B)。由于包含材料A，因此在形成该微小结构时透过加热的烧结被促进，且由于包含材料B，因此可以利用蚀刻来图案化。反映了微小结构的配置的光学非反射膜或光子晶体的设计是可行的，且微小结构的折射率可以容易地调整。

材料A的示例包含：ZnS、CaS、BaS、CdS、K₂S、Ag₂S、GeS、CoS、Bi₂S₃、PbS、Na₂S、Cu₂S、CuS、Al₂S₃、Sb₂S₃、SmS、PbS、Na₂S、LiS、SiS、SiS₂，且包含两种以上化合物的任意组合可以被使用。其中ZnS是优选，因为其容易与材料B混合且可以低价格地获得作为溅射靶。由于通过激光束的光学照射或加热，结晶性改善，由此形成被照射区域和未被照射区域之间的蚀刻抗性差异。可以利用这种原理来制作该微小结构。微小结构的折射率的调整也可以达成。因此，可以通过热光刻来进行处理，且可以获得具有可行的光学性能的光学元件和信息记录介质。

材料B主要为SiO₂，且其中可包含SiO。在形成靶时或者在形成混合材料层时，由于氧缺乏而可以形成SiO。

本发明实施例2的微小结构包含一混合成份，该混合成份包含含硫化合物(称为材料A’)、材料B以及用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的材料(称为材料C)；或者包含另一混合成份，该另一混合成份包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的材料A’以及材料B。该微小结构可以通过热光刻形成于没有光吸收层的基板上。

优选地，微小结构的尺寸在几十纳米到几百纳米的范围内。该尺寸相当于高密度记录介质的记录标记的尺寸，或者周期性结构的构成单元的尺寸。在后一情形中，用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的材料A’可以与该材料C或没有提高对预定波长的光的光学吸收能力的材料A’一起使用。

将描述光学吸收能力。具有光学吸收能力的物质反射光，同时吸收光。光吸收的数量随光进入物质的深度z而改变，且光吸收的数量是由消光系数k决定。消光系数k由下述Beer定律表示：

I＝I₀exp(-αz)，α＝4πk/λ

其中I表示穿过物质后光的强度，I₀表示穿过物质前光的强度，α表示吸收系数，且λ表示光的波长。

也就是说，如果光进入物质的深度(物质的厚度)增大，物质吸收更多数量的光且穿过物质的光的强度减小。根据本发明提高光学吸收能力意味着，与不包含相关材料的具有相同厚度的微小结构相比，增大包含相关材料的该微小结构的消光系数k。

消光系数k的波长依存性随材料而不同。例如，即使当特定材料的k在可见光区域内小时，相同材料的k在紫外区域大。考虑这一点，需要选择用于照射混合材料的激光束的波长。所使用的激光束的波长没有限制，且深紫外激光、可见光激光、红外激光等的任意一种可被使用。具体而言，红色半导体激光和蓝色半导体激光是优选的，因为其不昂贵且可以执行多脉冲光束的照射。所使用的光源的示例包含可见光激光、F₂激光、ArF激光、KrF激光等。其中，可见光半导体激光是优选的，因为其可以低成本地获得且可以容易地使用。

可以使用光谱椭偏仪进行消光系数k和折射率n的测量。消光系数k以及折射率n随着光的波长而改变。例如，ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)对于405nm激光(蓝色)，n约为2.33且k约为1×10^-3；对于350nm激光(紫外)，n约为2.49且k约为1×10^-2；以及对于680nm激光(红色)，n约为2.16且k约为1×10^-8。材料C添加到该微小结构，这使得可以调整折射率n和消光系数k。

除了材料A之外，材料A’可以是用于提高光学吸收能力的材料，例如FeS和GeS₂。两种以上的材料A’以组合使用。其中ZnS是优选的，因为其可以容易地与材料B混合且可以低成本地获得用做溅射靶。ZnS在可见光区域几乎是透明的，且添加材料C到该微小结构使得可以调整微小结构的可见光透射率。

将解释由包含ZnS(材料A’)、SiO₂(材料B)和金属或半导体(材料C)的混合材料形成的微小结构的示例，作为本发明微小结构的示例。

SiO₂对于氢氟酸具有很小的蚀刻抗性，并根据下述方程反应：SiO₂+6HF→H₂SiF₆+H₂O。由该混合材料形成的层在氢氟酸内被蚀刻，且其吸收可见激光。加热后混合材料对氢氟酸的蚀刻抗性提高，保持不被蚀刻且微小结构留下来。

具体而言，如果该混合材料吸收超过给定输出功率的可见激光且被加热，ZnS和SiO₂发生结晶，且蚀刻对氢氟酸的蚀刻抗性提高。如果此时混合材料内ZnS的含量百分比小于60mol％，则对氢氟酸的蚀刻抗性不足。

需要SiO₂从而蚀刻该混合材料。然而，如果混合材料中SiO₂的含量百分比小于10mol％，则即使在不吸收可见激光时，其仍显示一定的对氢氟酸的蚀刻抗性。如果混合材料中SiO₂的含量百分比超过30mol％，则微小结构无法留下来。ZnS-SiO₂透射可见光。如果混合材料吸收可见光且不包含用于发热的材料C，则加热可能不足，即使在被可见激光照射时。如果有机材料用做材料C，则加热会不足。这是因为这种情况下添加有机材料无法增大消光系数k。

为此，优选地材料C为半导体材料或金属性材料。由混合材料形成的该层可以通过溅射方法形成，除了同时溅射之外，还可以通过混合靶的溅射来实施。通过混合材料A’、材料B和材料C的粉末并烧结来形成，由此可以制作混合靶

优选地材料C包含含锌化合物以及不同于材料A’的含硫化合物。当ZnS用做材料A’时，材料A’中包含的硫或锌被包含在材料C内，这使得微小结构的端部的配置变得平滑。材料C的示例可包含ZnTe、ZnSe、MnS等，不过这些不是限制性的，但是可以接收源作为溅射靶。两种以上这些材料可以组合使用。

材料C的示例可包含Al、Ag、Au、Cu、Zn、Pt、Sb、Te、Ge、Si、Bi、Mn、W、Nb、Co、Sr、Fe、In、Sn、Ni、Mo、Mg、Ca等，且两种以上这些材料可以组合使用。这种材料C的示例可包含诸如InSb、AgInSbTe、GeSbTe、ZnMgTe、CsZnTe、SbZn的合金以及诸如ZnMgSSe、ZnCrO₄、ZnZrO₃、ZnWO₄、ZnTiO₃、Zn₃N₂、ZnF₂、ZnSnO₃和ZnMoO₄的化合物的任意一种。这些材料可以容易地获得作为溅射靶，且可以调整微小结构的折射率。

优选地材料C包含荧光材料。通过探测当微小结构被紫外光或可见光照射时发射的荧光，可以检查该微小结构的位置。为此，使用荧光半导体量子点的荧光探测可以探测特定部分，且可以用做信息记录介质。对于荧光材料，可列举CdSe、CdTe等，且两种以上这些材料可以一起使用。这种荧光材料具有强荧光特性，且可以容易地获得。

材料C被激光束照射时会氧化。材料C氧化的等级是基于激光束的照射条件(脉冲光输出、脉冲宽度)；材料C的类型；材料A’、材料B和材料C的组成等。

然而，如果材料A’用于Si基板上，在进行材料B和材料C的多靶溅射之后使用电炉，且在30分钟内热固化(退火)执行几百次，在斜入射X射线衍射实验中将看到材料C的氧化物的峰。

例如，当200nm厚的ZnS、SiO₂和Zn膜形成于Si基板上时，看不到ZnO的峰，但是在500℃退火30分钟时看到ZnO的峰。认为至少一部分Zn(材料C)被氧化且其设为ZnO。

类似地，对于ZnS、SiO₂和Mn的情形，在退火前看不到Mn₃O₄的峰，但是在退火后看到Mn₃O₄的峰。当此时使用激光束照射时，不清楚激光束照射部分被加热到何种程度及其冷却速度。然而，预定数量的材料C在通过氢氟酸蚀刻的微小结构中也可以被氧化。为此，在下述实施例中，尽管微小结构的构成示为与激光束照射之前相同，但是也存在这样的情形，即，该微小结构包含材料C的氧化物。因此，如果预定数量的材料C被氧化，则微小结构的一个年度可以提高。具体而言，使用微小探针测量的该微小结构的硬度变得高于形成微小结构之前该薄膜的硬度。此时，例如透射率和折射率的光学性能也随材料C的氧化而改变。尽管本发明的微小结构的配置不是限制性的，其可以是具有例如半球形表面的弯曲表面的突起配置。如果使用X射线或者光学光刻实施这种微小结构的微制作，则将是昂贵的。该微小结构的制作可以利用热光刻而低成本地达成，且可应用于光学元件或纳米压印的原盘。通过在该微小结构内形成物理特性或化学特性的分布，由此获得一种光学元件。

具有弯曲表面的突起配置的微小结构的端部变得平滑且该微小结构具有弯曲表面。然而，取决于制作条件，会出现锐利边缘或平坦侧表面。在三维中，在激光束的热分布主要照射由混合材料形成的该层之后，在该微小结构的配置中存在具有弯曲表面的区域。

由于激光束未照射的区域通过氢氟酸进行湿法蚀刻而除去，微小结构用做突起配置。为此，如果使用光固化类型树脂等来转印，凹入形状的图案将形成于转印基板内。

本发明的微小结构可以是这样的配置，其中具有例如半球形表面的弯曲表面的突起结构形成于圆柱形结构上。由于该微小结构具有两段结构，具有相邻弯曲表面的突起结构之间的间隙可以被维持且可以使用荧光明确地分离信息记录介质内的记录标记。反映这种形状的光学非反射膜和光子晶体也可以被设计，且折射率可以调整。在敏化部分发生化学变化的光学光刻中，无法形成这种形状的微小结构。

本发明的微小结构可以是圆柱形配置。如果使用X射线或光学光刻实施微制作，这种结构的制作将是昂贵的。然而，该微小结构的制作可以利用热光刻而低成本地达成，且可应用于光学元件或纳米压印的原盘。此外，反映这种配置的光学非反射膜和光子晶体也可以被设计，且折射率可以调整。如果使用敏化部分表现化学变化的光学光刻，则难以制作具有这种配置的微小结构。

在本发明中，通过改变脉冲光输出和脉冲宽度(照射时间)，微小结构的直径可以从光斑尺寸改变到光斑尺寸的约1/4。例如，当使用NA为0.85的物镜来聚焦405nm波长的激光束时，微小结构的直径可以改变为80至400nm范围内的任意值。

本发明的微小结构可以为下述配置的任意一种：具有弯曲表面的突起配置、具有弯曲表面的突起结构形成于圆柱体结构上的配置、以及圆柱形配置，其中截面连续地形成。这种线性微小结构可以通过连续地照射由混合材料形成的层来形成，且可以应用于衍射光栅、DNA芯片等。

微小结构的端部的平滑度可以用通过激光束连续照射而形成的线性微小结构的线边缘粗糙度(LER)来评估。对于微小结构用做抗蚀膜(resist)且基板被蚀刻的情形。在这种情况下，本发明的微小结构具有与用于电子束光刻的大分子抗蚀膜不同的特性。在大分子抗蚀膜中，当图案变得微小时，大分子本身具有几纳米的尺寸，抗蚀膜的LER也设置为几纳米。

另一方面，在本发明的微小结构中，LER可以设置为1nm以下。近年来，在半导体国际技术路线图(International Technology Roadmap forSemiconductor，ITRS)中，术语“LER”正被改变为“LWR”(线宽粗糙度)。尽管LER的测量标准没有严格定义，不过根据本发明的LER确定为使得测量线长度设置为2微米，测量间隙设置为10nm，且LER通过最小二乘法从直线的3σ来确定。

本发明的微小结构可应用于信息记录介质、原盘、光学元件、磁记录介质、DNA芯片、生物传感器、DNA计算机、DNA存储器、生物分子集成装置等。

本发明的微小结构的制作方法包含：在基板上形成由材料A’形成的层以及包含材料B和材料C的混合材料的步骤；使用激光束局部照射由该混合材料形成的层的步骤；以及对由该混合材料形成且由该激光束照射的层进行蚀刻的步骤。为此，通过湿法或干法蚀刻被局部加热且蚀刻抗性改变的该混合材料，可以制作具有平滑端部的微小结构。

可以制作其中形成了本发明的微小结构的结构。尽管可以局部地施加热量来取代局部照射激光束，由于激光束在方向性和稳定性方面占优，因此从制作精确度的角度，优选使用激光束。

本发明的基板的图案化方法包含：在基板上形成包含材料A’、材料B和材料C的微小结构的步骤；以及以该微小结构为掩模执行该基板的蚀刻的步骤。此时，用做掩模的该微小结构可以根据需要被除去。因此，其中形成有图案的该基板可应用于原盘、光学元件、DNA芯片、发光装置、光电换能器等。

尽管本发明的结构在基板上具有本发明的微小结构，不过优选地本发明的结构具有其中该微小结构周期性布置的区域(称为周期性区域)。可以获得使用光子带隙的光学滤波器和光学开关，其中该光子带隙通过该周期性区域反射特定波长的光。

优选地，在该周期性区域内，对预定波段的光的透射率高于没有布置该微小结构的情形。由此可以的通过蛾眼结构的光学非反射膜，其中对预定波段的光表现非反射特性。

如果本发明的结构包含其中没有布置该微小结构的区域(称为非周期性区域)，则可以获得利用该周期性区域和非周期性区域的区别的信息记录介质，以及在周期性区域内包含该非周期性区域且利用光子带隙的光学波导，其中该光子带隙通过该周期性区域反射特定波长的光。如果本发明的微小结构用于信息记录介质，则荧光材料包含在材料C内。

通过本发明的基板的图案化方法形成在基板上的图案可以转印和复制，且形成于基板上的微小结构可以转印和复制。在复制时，图案和微小结构可以通过纳米压印技术转印到包含树脂作为主要成份的材料内。当制作原盘、光学元件、DNA芯片、发光装置、光电换能器、光学透镜等时，可以使用这种方法。

使用包含其中本发明微小结构周期性地布置在基板上的区域的结构来制作本发明的原盘。为此，本发明的原盘的制作成本可以低于使用传统光学光刻的原盘，且记录图案可以变得清楚。在制作光学信息记录介质等时，可以使用这种原盘。

使用包含其中本发明微小结构周期性地布置在基板上的区域的结构来制作本发明的光学元件。该光学元件的示例可包含衍射光栅、偏振分离件、光学滤波器、光学开关、光学非反射膜以及光学波导。

本发明的光学元件可应用于已知的光学通信装置，例如用于波长多路复用远程通信的波长多路复用装置。如图31所示，使用一个光学滤波器301来传达多个不同波长(λ1、λ2和λ3)的光信号的波长多路复用远程通信中，每个多路复用波长使用一组发送器311、312和313以及一组接收器321、322和323。为了使传输路径具有宽的带宽，使用了光学合成回路331和光学分离回路332。此时，光学合成回路331和光学分离回路332可以通过组合许多光学开关来形成。

在本发明的DNA芯片中，DNA片段固定在基板上。使用其中本发明的微小结构布置在基板上的结构来制作本发明的DNA芯片。此时，该微小结构具有大的比表面积，探测效率变高，且整个芯片的尺寸可以变小。

在本发明的发光装置中，第一电极、发光层以及第二电极按此顺序依此沉积在基板上。使用包含其中本发明微小结构周期性地布置在基板上的区域的结构，或者其中本发明的微小结构布置在基板上的结构，来制作本发明的发光装置。

此时，第一电极、发光层和第二电极可以沉积在其上未布置有本发明的微小结构的表面上或者其上布置有本发明的微小结构的表面上。根据包含该微小结构的该不平整结构，发光装置的光提取效率提高，且发光效率可以增大。

在本发明的光电换能器中，第一电极、光电转换层以及第二电极按此顺序依此沉积在基板上。使用包含其中本发明微小结构周期性地布置在基板上的区域的结构，或者其中本发明的微小结构布置在基板上的结构，来制作本发明的光电换能器的基板。通过其中光电换能器包含该微小结构的该不平整结构，获得了具有高的光电转换效率的光电换能器。

使用包含本发明的微小结构的结构，或者其中本发明的微小结构布置在基板上的结构，来制作本发明的光学透镜。由此获得一种可靠的微小光学透镜。

实施例1

图1A和1B示出本发明实施例1的信息记录介质100A的构成。图1A为该信息记录介质的剖面图，图1B为该信息记录介质的俯视图。

在信息记录介质100A中，50nm厚的ZnS-SiO₂(摩尔比为8∶2)的介电层102、10nm厚的AgInSbTe的光吸收层103以及微小结构104形成于厚度为1mm且尺寸为10cm×10cm的硅基板101上。

微小结构104布置成如图1B所示，且信息是通过微小结构104的有无来判别。具体而言，当信息记录介质100A被激光束照射时，微小结构104发射荧光，且未布置有微小结构104的区域105不发射荧光，因此记录介质100A可用做信息记录介质。

每个微小结构104呈半球形配置，其底部直径约为150nm，且高度约为30nm。微小结构104按200nm的周期(标记节距)来布置，即，按50nm的间隔来布置。

每个微小结构104包含ZnS、SiO₂和CdTe(摩尔比为77∶20∶3)，且表现与荧光量子点相似的行为。通过沿图1B中箭头所示的方向扫描荧光探测光学头，从该记录介质读取信息。在该荧光探测光学头中，所发射的荧光被透镜聚焦并经过光纤和光学滤波器，使得该荧光通过光电倍增管放大而被探测。即使该荧光微弱，使用该光学头、光学滤波器以及光信号处理方法，该荧光仍可以被探测。

图2A、2B、2C和2D示出信息记录介质100A的制作方法。

首先，介电层102、光吸收层103和混合材料层106按此顺序使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)沉积在硅基板101上(参考图2A)。混合材料层106包含ZnS、SiO₂和CdTe(摩尔比为77∶20∶3)且厚度为160nm。

随后，将得到的硅基板101真空吸着到XY平台，且按照200nm的周期通过NA为0.85的物镜108，使用来自半导体激光的波长为405nm的激光束107进行对硅基板101的脉冲照射(参考图2B)。此时被激光束107照射的基板部分是由程序预定。使用2重量％的氢氟酸109蚀刻10秒(参考图2C)。随后使用扫描电子显微镜观察在激光束107照射部分形成的微小结构104(参考图2D)。看上去，混合材料层106的氢氟酸蚀刻抗性由于烧结效应而提高，激光束107的照射部分未被蚀刻且半球形图案留下来。

因此，通过热光刻可以容易地制作微小结构104。由于混合材料层106内CdTe的含量百分比为3重量％，因此可以制作利用荧光探测的信息记录介质100A而不影响微小结构104的制作。由于记录区域和非记录区域通过是否存在微小结构104来区分，因此得到的信息记录介质100A可以用做ROM(只读存储器)。由于混合材料层106包含ZnS和SiO₂，蚀刻抗性的改变可以被利用且折射率可以调整。

实施例2

图3A和3B示出实施例2的信息记录介质100B的构成。图3A为该信息记录介质的剖面图，图3B为该信息记录介质的俯视图。

在信息记录介质100B中，50nm厚的ZnS-SiO₂(摩尔比为8∶2)的介电层102、10nm厚的Ge(锗)的光吸收层103以及微小结构104形成于聚碳酸脂基板110上。聚碳酸脂基板110是直径为12cm且高度为20nm的用于光盘的圆盘状板，且具有周期为440nm(轨道节距)的台(land)和槽(groove)。

微小结构104布置成如图3B所示，且信息是通过微小结构104的有无来判别。具体而言，当信息记录介质100B被激光束照射时，微小结构104发射荧光，且未布置有微小结构104的区域不发射荧光。

每个微小结构104呈半球形配置，其底部直径约为150nm，且高度在30至160nm的范围。微小结构104按400nm的周期(标记节距)来布置。

每个微小结构104包含ZnS、SiO₂和CdTe(摩尔比为77∶20∶3)，且表现与荧光量子点相似的行为。通过沿图3B中箭头所示的方向扫描荧光探测光学头，从该记录介质读取信息。在该荧光探测光学头中，所发射的荧光被透镜聚焦并经过光纤和光学滤波器，使得该荧光通过光电倍增管放大而被探测。即使该荧光微弱，使用该光学头、光学滤波器以及光信号处理方法，该荧光仍可以被探测。

接下来解释信息记录介质100B的制作方法。

首先，介电层102、光吸收层103、ZnS层111和混合材料层按此顺序使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)沉积在聚碳酸脂基板110上。混合材料层包含ZnS、SiO₂和CdTe(摩尔比为77∶20∶3)且厚度约为160nm。

随后，得到的聚碳酸脂基板110以4.5米/秒的线速度旋转的同时，使用表面记录类型光盘测试仪LM330(Shibasoku Co.制造)执行聚焦和循迹(tracking)。按照400nm的周期通过NA为0.85的物镜108，使用波长为405nm的激光束进行对聚碳酸脂基板110的脉冲照射(5.0mW脉冲光输出)。被激光束照射的基板部分是由程序预定。使用2重量％的氢氟酸109蚀刻10秒。随后使用扫描电子显微镜观察在激光束照射部分形成的微小结构104。看上去，混合材料层的氢氟酸蚀刻抗性由于烧结效应而提高，激光束的照射部分未被蚀刻且半球形图案留下来。

因此，通过热光刻可以容易地制作微小结构104。由于混合材料层内CdTe的含量百分比为3重量％，因此可以制作利用荧光探测的信息记录介质100B而不影响微小结构104的制作。由于记录区域和非记录区域通过是否存在微小结构104来区分，因此信息记录介质100B可以用做ROM(只读存储器)。由于混合材料层包含ZnS和SiO₂，蚀刻抗性的改变可以被利用且折射率可以调整。

在使用其上形成用于光盘的凹凸的基板时，可以在进行聚焦和循迹的同时进行激光束照射，因此可以高精确度地快速制作微小结构104。

实施例3

研究微小结构的脉冲光输出依存性。脉冲光输出在1.5至7mW的范围内改变。微小结构的制作方法与实施例2相同。对于该微小结构的材料，使用ZnS-SiO₂(摩尔比为8∶2)。

图4A至图9B示出所制作的微小结构的扫描电子显微镜照片。使用FE-SEM S-4100(Hitachi Ltd.制造)的场发射扫描电子显微镜进行该观察。

在图4A至图9B中，既示出从顶面方向采集的SEM照片，也示出从倾斜方向采集的SEM照片。从这些SEM照片显见，包括高度和宽度的微小结构的配置随着脉冲光输出的改变而变化。

在实施例3，即使当微小结构形成为任一所示配置时，其均可以用做信息记录介质。

图10示出脉冲光输出和微小结构的最大直径之间的关系。从图10显见，微小结构的最大直径并未显示与脉冲光输出的线性关系。形成于其上形成有不平整(unevenness)的聚碳酸脂基板上的微小结构的配置，根据脉冲光输出的值而如下主要分类成阶段I-IV配置(参考图11A至11D)。

阶段I(3.5-5.2mW脉冲光输出)：微小结构104为非球面配置，但是呈半球形配置。微小结构104的最大直径随着脉冲光输出的增大而增大(参考图11A)。

阶段II(5.2-6.8mW脉冲光输出)：微小结构104包含圆柱体结构104a和形成于上圆柱体结构104a的中心的半球形结构104b。圆柱体结构104a包含上下两个圆柱体结构。下圆柱体结构的尺寸随着脉冲光输出的增大而增大(参考图11B)。

阶段III(6.8-8.0mW脉冲光输出)：微小结构104包含圆柱体结构104a和形成于上圆柱体结构104a的中心的半球形结构104b。圆柱体结构104a包含上下两个圆柱体结构。上圆柱体结构尺寸大于下圆柱体结构(参考图11C)。

阶段IV(大于8.0mW脉冲光输出)：微小结构104为圆柱形配置(参考图11D)。

在图4A至图5B所示的阶段I，微小结构104呈半球形配置(参考图11A)。在图6A至图9B所示的阶段II和阶段III，微小结构104包括圆柱体结构104a和半球形结构104b。在阶段II，微小结构104在下面一个圆柱体结构104a具有最大直径(参考图11B)。另一方面，在阶段III，微小结构104在上面一个圆柱体结构104a具有最大直径(参考图11C)。在阶段IV，微小结构104具有形成于其中心的开口且呈圆柱形配置(参考图11D)。

混合材料层的蚀刻抗性通过激光束照射而提高的原因不完全清楚。看上去，混合材料层光学上几乎是透明的，光吸收层吸收激光束且其被加热，因此混合材料层由于烧结效应而密堆积。

来自吸收激光束的光吸收层的光引起的热分布为高斯分布。且当使用平坦基板时，微小结构的配置基本上为半球形。然而，在使用具有不平整的光盘用基板时，空间热分布按三维方式变得略微复杂，因此微小结构的配置如阶段I-IV所示。

加热主要发生于自由空间的中心，且阶段I的蚀刻抗性在用做混合材料层的高温部分内提高。在阶段II，由于混合材料的厚度有限，热辐射停止成为同心圆形状，且光吸收层附近部分容易变得高温。在阶段III，例如聚碳酸脂基板的不平整以及上部的某些因素成为空气层影响因素，且混合材料层的上部而非下部具有不良热散逸，推测其容易变得高温。在阶段IV，光吸收层的蒸发被示为关键因素，且开口形成于圆柱形微小结构的中心。

阶段I-IV的每种微小结构均适用于信息记录介质、光子晶体、光学非反射膜、光学开关、光学滤波器、等离子体激元晶体等。由于微小结构的配置和折射率影响光学性能，因此需要调整每种配置的尺寸和折射率。

在实施例3，依据扫描电子显微镜的观察分辨率的关系，使用ZnS-SiO₂来制作微小结构。在高密度信息记录介质中，窄节距轨道和记录标记的减小是重要的，且实施例3的微小结构可以制成直径为几十纳米的尺寸。如果凹凸的节距间隔、光吸收层的材料、厚度以及ZnS和SiO₂的组成比例改变，则微小结构的脉冲光输出特性也略微改变。即使在ZnS-SiO₂以外的材料被使用，或者另一物质与ZnS-SiO₂混合或组成比例改变，仍可以制作该微小结构。

可以使用热光刻如上所述容易地制作该微小结构。当混合材料层包含ZnS和SiO₂时，蚀刻抗性的改变可被使用，且折射率也可以被调整。

由于在使用其上形成用于光盘的凹凸的基板时，可以在进行聚焦和循迹的同时进行激光束照射，因此可以高精确度地快速制作该微小结构。

实施例4

图12A和图12B示出本发明实施例4的光学非反射膜100C的构成。与实施例1不同在于，所使用的混合材料层是由ZnS-ZnO-SiO₂(摩尔比为6∶2∶2)制成，其余方面与实施例1相同。

图12A为该光学非反射膜的剖面图，12B为该光学非反射膜的俯视图。

由于具有图11的阶段II-III的配置的微小结构104按200nm的周期来布置，光学非反射膜100C控制特定波长区域(350-600nm)的光的菲涅耳反射，且表现蛾眼结构的非反射特征。

使用热光刻如上所述容易地制作微小结构104。当混合材料层包含ZnS和SiO₂时，蚀刻抗性的改变可被使用，且折射率也可以被调整。

图11的阶段I-IV的任一配置适用于光学非反射膜，而与该微小结构的配置无关。然而，根据该微小结构的配置的差异，需要适当地调整微小结构的高度、折射率和周期。尽管材料的折射率有影响，但是可以使用蛾眼结构的反转结构来形成光学非反射膜。且可以使用该光学非反射膜形成多层。

实施例5

图13的光学波导使用由ZnS-ZnO-SiO₂(摩尔比为6∶2∶2)形成的混合材料层，并按照与实施例1相同的方式制作。图13A和图13B分别为该光学波导的剖面图和俯视图。在光学波导100D反射光的区域，具有图11的阶段II-III的配置的微小结构104按300nm的周期来布置，且微小结构104不布置在光传播部分。

由于周期性结构的平均折射率和周期间隙导致的光子带隙对特定波长区域(400-600nm)的光的反射，如图13B所示，光行进。

在光子晶体的光学波导中，为了具有入射角角度的依存性，反射的光的波长需要调整入射角的角度，且需要输入与光子带隙波段相对于的波长的光。

使用热光刻如上所述容易地制作该微小结构。当混合材料层包含ZnS和SiO₂时，蚀刻抗性的改变可被使用，且折射率也可以被调整。

利用光子带隙的光学波导适用于光学滤波器、光学开关、激光器等。尽管不反射光且透射光子带隙附近的波段，不过在理论上和现象上看到了利用光子晶体独特特性的超过分辨率极限的光学性能，例如准直效应和透镜效应。使用本发明的微小结构也实现了这种效果。

光学波导不是基于微小结构的配置，不过具有图11A至11D的阶段I-IV的配置的微小结构可被布置。由于该微小结构的配置的差异，需要适当地调整微小结构的高度、折射率和周期。

尽管在微小结构的周期性结构的反转结构中，微小结构的配置中的特性也不同，不过光子带隙效应可以获得。为此，对于光子晶体，可以使用微小结构的周期性结构及其反转结构。

实施例6

图14A至14B所示的光学滤波器使用由ZnS-SrS-SiO₂(摩尔比为7∶1∶2)形成的混合材料层，使用尺寸为10cm×10cm的石英基板112，并按照与实施例1相同的方式制作。图14A和图14B分别为该光学滤波器的剖面图和俯视图。

光学滤波器100E中的微小结构104呈半球形，在底部的直径为150nm，高度为30nm，且按200nm的周期(标记节距)来布置。为此，当激光束照射时，光学滤波器100E由于亚波长结构的效应而根据入射角的角度来反射特定波长区域(300-500nm)的光。

如果405nm波长的光此时进入形成微小结构104的范围，变化角度，则入射光将按照特定角度被反射。

使用热光刻如上所述容易地制作该微小结构。当混合材料层包含ZnS、SrS和SiO₂时，蚀刻抗性的改变可被使用，且折射率也可以被调整。

微小结构104的周期性结构不仅形成亚波长结构，而且产生光子晶体的效果。这可用做反射特定波长区域的光的光学滤波器，或者光学开关。对于亚波长结构或光子晶体，入射角和反射光波长相互依存。光学滤波器和光学开关利用相同现象且不想完全透射特定波长的光时，作为光学滤波器。在用做光学元件来控制光透射的ON和OFF时，其变为光学开关。

在实施例1至6中，用做光吸收层的具体材料没有限制，除了Si之外，列举AgInSbTe和锗、III-V族半导体、四元混晶化合物等。除了局部照射激光束进行热光刻之外，还可以使用其它施加热量的方法。然而，激光束在方向性和稳定性方面占优，且由于微小结构的制作精确度高，因此优选使用激光束。

实施例7

制作图15所示的原盘。原盘200A是用于容量为25GB的BD-ROM(蓝光盘-只读存储器)，具有记录坑的图案201a周期性布置的区域，且轨道节距为0.32微米。原盘200A的材料为石英，且基于原盘200A根据射出成型转印工艺可以制作母盘(stamper)和光学信息记录介质(例如用于记录电影内容)。

原盘200A的制作方法示于图16A至16F。首先，使用溅射设备CFS-8EP(Shibaura Mechatronics Co.制造)通过射频溅射，由ZnS、SiO₂和ZnTe(摩尔比为70∶20∶10)形成40nm厚的混合材料层202，该混合材料层202成为平坦盘状石英基板201(参考图16A)。

接下来，来自激光束照射设备的波长为405nm的蓝色激光204被聚焦在混合材料层202的表面，其中该蓝色激光204使用NA为0.85的物镜305来聚焦，且预定区域使用5mW脉冲光输出来照射(参考图16B)。此时可以依据由ROM上的信息形成的策略来形成图案。

随后，将其浸渍在2重量％的氢氟酸205内10秒(参考图16C)并干燥。结果，在石英基板201上形成由ZnS、SiO₂和ZnTe(摩尔比为70∶20∶10)形成的半球形微小结构206(参考图16D)。

随后，安装在RIE(反应离子蚀刻)设备内，通过CF₄气体进行蚀刻。结果，石英基板201以微小结构206为掩模被蚀刻(参考图16E)。

除去微小结构206则形成反映掩模的配置的图案201a(参考图16F)。

AFM(原子力显微镜)测量得到，由石英形成的图案201a的高度约为40nm。尽管形成点状图案201a，如果实施蓝色激光204的连续照射，则可以形成线性图案(沟)，且也可以制作用于R基板(可记录基板)或RW(可再写基板)的母盘。

另一方面，不确定该微小结构是否可以形成，这依赖于ZnS、SiO₂和ZnTe的组成比例。当对组成比例和图案形成性能之间的关系进行评估时，得到表1所示的结果。

表1

从表1显见，对于样品1、5和7的情形，可以形成图案，对于样品2、3、4和6的情形，无法形成图案。为了检查组成比例和图案形成性能之间的关系进行了对样品1至7的评估。使用NA为0.85的物镜聚焦405nm的蓝色激光束，以1至8mW脉冲光输出照射之前和之后，对每个样品的对氢氟酸的蚀刻抗性进行评估，得到表2所示的结果。

表2

	照射前蚀刻抗性	照射后蚀刻抗性
			样品1	否	是
样品2	否	否
			样品3	否	否
样品4	是	是
			样品5	否	是
样品6	是	是
			样品7	否	是

从表2显见，对于在激光束照射之前没有蚀刻抗性且在激光束照射之后具有一定蚀刻抗性的样品，可以形成图案。当回顾样品1、3和4时，为了使样品在激光束照射之前没有蚀刻抗性，则需要SiO₂，且评估所需的SiO₂的含量百分比为大于10mol％。

另一方面，当SiO₂的含量百分比太高时，在激光束照射之后，如样品3，不存在蚀刻抗性。由于当ZnTe比例小时，许多成份(ZnS和SiO₂)透射激光束，例如样品2，对激光束的吸收变得不足。需要ZnTe从而能够提高光学吸收能力，但是如果ZnTe太多，类似样品7，则ZnS的比例变得不足，且通过吸收激光束所伴随的热量产生来组织化将不会被推动。其中形成图案的样品1、5和7的组成比例也被考虑在内，且，ZnS的比例为大于60mol％，ZnTe为小于30mol％。

此外，当使用Ag替代ZnTe并类似地进行评估时，得到表3和表4所示的结果。

表3

表4

	照射前蚀刻抗性	照射后蚀刻抗性
			样品8	否	是
样品9	是	是
			样品10	否	否

样品11	是	是
			样品12	否	是
样品13	是	是
			样品14	否	是
样品15	是	是
			样品16	否	是
样品17	否	否
			样品18	否	是
样品19	否	否
			样品20	否	否

从表3和表4显见，在样品8至14中，即使使用Ag替代ZnTe，可以说，ZnS、SiO₂和Ag的组成比例与图案形成性能之间的关系是相同的。另一方面，在样品16中，可以形成图案，不过样品8的图案更清晰。样品15和样品17中的图案形成不完整，尽管样品15和样品17组成比例接近样品16。

在样品15，如表4所示，在激光束照射之前存在蚀刻抗性，且表明9mol％的SiO₂比例是不足的。另一方面，在样品17中，在激光束照射之前没有蚀刻抗性，但是Ag的百分比为9mol％，认为激光束的剂量不足且图案无法形成。认为在这种情况下，使用更高输出的激光束可以形成图案。

由于当添加作为材料C的材料改变时，伴随激光束吸收的发热值(calorific value)将改变，图案形成所需的激光束的照射条件(脉冲光输出、脉冲宽度)也改变。材料A’也是如此。当使用氢氟酸进行蚀刻时，可以形成图案的SiO₂的比例为大于10mol％，对于包含SiO的情形也是如此。从样品18至20显见，可以形成图案的SiO₂的比例为小于30mol％。在样品18，SiO₂的含量百分比为30mol％，图案形成，但是图案不清晰。在样品19和20，SiO₂的含量百分比为31mol％，且微小结构大部分没有留存。

即使激光束的脉冲光输出增大，材料C的比例减小且材料A’的比例增大，则可以形成图案的SiO₂的比例小于30mol％。为了形成清晰的图案，优选地适度地包含在10至30mol％范围内的SiO₂。

当通过溅射方法形成混合材料层时，可以使用由混合材料形成的一个溅射靶，或者可以为每种材料准备溅射靶并进行共溅射。根据溅射方法会出现SiO₂中的氧缺乏并形成SiO_x(x＝1～2)的情形，以及混合材料层的表面粗糙度不同的情形，不过混合材料层的膜质量没有大幅变化。

认为当混合材料层被激光束照射时，混合材料层内的材料被混合。

对于405nm波长的蓝色激光，ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的消光系数k约为1×10^-3。另一方面，样品5的混合材料层的消光系数k约为1×10^-1。

因此，通过添加ZnTe到混合材料层，可以提高蓝色激光吸收能力。由于混合材料层的发热值是基于激光束的脉冲光输出，当使用商业红色或蓝色半导体激光束来照射时，约1×10^-1的消光系数k对于该混合材料层而言是足够的。

尽管40nm厚的ZnS-SiO₂(摩尔比为50∶50～90∶10)在可见光区域内的透射率约为100％，如果添加ZnTe或Ag，随着ZnTe或Ag比例的增大，透射率减小且其光学吸收能力提高。然而，混合材料层的组成对于制作微小结构而言是重要的，ZnS大于60mol％，SiO₂为10～30％，且ZnTe或Ag小于30mol％是优选的。

除非满足这些条件，否则通过蚀刻无法形成具有平滑端部的几乎半球形的微小结构。由于混合材料层内SiO₂的含量百分比为10重量％以上，其在氢氟酸中蚀刻，但几乎半球形的微小结构保留，因为受到激光束照射且对氢氟酸的蚀刻抗性提高。当使用ZnTe时由于包含与ZnS相同的元素，与使用Ag的情形相比，微小结构的末端变得更平滑。

在实施例7，由于微小结构206为几乎半球形，因此可以制造原盘200A。如图17所示，如果蓝色激光204的脉冲光输出为7mW，则将形成形状为半球形结构形成于通常圆柱体结构上的微小结构207，而不是图16D所示的微小结构206。

为了最后蚀刻至石英基板201内，微小结构的配置影响记录坑的图案形状。此时存在这样的特点，与使用微小结构206的情形相比，使用微小结构207作为掩模并蚀刻，蚀刻方向几乎是垂直的。

制作图18所示的光学非反射膜。图18A和图18B分别为该光学非反射膜的剖面图和俯视图。光学非反射膜200B由石英制成且包括圆柱形图案201b，这些圆柱形图案201b直径均为约150nm，高度约250nm，且按200nm的周期来步骤。

与相同厚度的石英基板201相比，光学非反射膜200B增大了对400至600nm波长范围内的光的透射率，且增大的透射率接近100％。这是因为周期性结构转变为蛾眼结构，控制反射，并使光透射。

光学非反射膜200B的制作方法与实施例7相似，除了使用蓝色激光204以200nm的周期来照射。在制作晶片之后，将光学非反射膜200B分割成若干毫米角，洗净以除去杂质，由此得到光学非反射膜200B。

如图16D所示，微小结构206形成于石英基板201上作为光学非反射膜。由于微小结构206的材料不同于石英，作为光学非反射膜的效果会减弱，或者会在分割工艺出现脱落且成品率变低。由此，可以视需要在蚀刻至石英基板201之后，转印和复制图案。此时，形成于石英基板201表面内的图案的配置基本上转变为接近用做掩模的微小结构206的形状。

然而，由于微小结构206对CF₄的蚀刻速率足够小，也可以制作大纵横比的高形状的图案201b。在复制时，可以使用纳米压印技术，例如热纳米压印、光学纳米压印和软光刻，将图案转印到主要成份为树脂的材料。

实施例9

制作图19A至19B所示的光学非反射膜。图19A和图19B分别为光学非反射膜的剖面图和俯视图。在光学非反射膜200C中，微小结构208按400nm的周期布置在石英基板201上。微小结构208的材料为ZnS、SiO₂和ZnTe-ZnO(摩尔比为64∶18∶10∶8)。微小结构208大多为圆柱形配置，外径约300nm，内径约90nm，且高度约50m。

与相同厚度的石英基板相比，光学非反射膜200C提高了对400至600nm波长范围内的光的透射率，且透射率接近100％。这是因为由于微小结构208将周期性结构转变为蛾眼结构，控制反射，并使光透射。

光学非反射膜200C的制作方法与实施例7相似(忽略图16E至16F)，除了使用脉冲光输出为9mW的蓝色激光204以400nm的周期来照射。由于ZnS、SiO₂和ZnTe-ZnO(摩尔比为64∶18∶10∶8)具有高透射率，因此需要放大蓝色激光204的脉冲光输出。如果蓝色激光204的脉冲光输出改变为8mW，如图20所示，将形成具有中空部和放大底部的微小结构209。

实施例10

制作图21所示的信息记录介质。微小结构211按160nm的周期布置在直径为12cm的聚碳酸脂基板210上，且信息记录介质200D具有凹凸的重复不平整。每个微小结构211在底部直径约90nm且高度约30nm，且为几乎半球形配置。在信息记录介质200D中，信息是由微小结构211是否存在来确定的。

当信息记录介质200D被激光束照射时，微小结构211发射荧光，且未布置有微小结构211的区域不发射荧光。为此，当扫描荧光探测光学头时，根据荧光的探测可以从该记录介质读取信息。

微小结构211的材料为ZnS、SiO₂和CdTe(摩尔比为77∶20∶3)，且微小结构211具有与荧光量子点相似的效应。在读取信息时，所发射的荧光通过光学头的透镜被聚焦，并经过光纤和光学滤波器通过光电倍增管放大而被探测。即使该荧光微弱，该荧光仍可以被探测。

信息记录介质200D的制作方法与实施例7相似(忽略图16E至16F)，除了使用脉冲光输出为8mW的蓝色激光204来照射。尽管在实施例10中该信息记录介质是制作在盘状聚碳酸脂基板210上，不过也可以使用XY平台制作在矩形基板上。这种情况下，执行对XY平台的真空吸着，且执行激光束的脉冲照射。

实施例11

制作图22A和22B所示的光学波导。图22A和22B分别为光学波导的剖面图和俯视图。光学波导200E在基板212上具有其中微小结构213按400nm的周期来布置的周期性区域，且波长为780nm的光被该周期性区域的平均折射率以及该微小结构213的间隙所导致的光子带隙所反射。微小结构213不布置在光传播部分。

在形成于圆柱体结构上的半球形结构中，其底部的直径约200nm，高度约50nm。微小结构213的材料为ZnS、SiO₂和ZnO(摩尔比为65∶20∶15)。

光学波导200E的制作方法与实施例7相似(忽略图16E至16F)，除了使用脉冲光输出为7mW的蓝色激光206来照射。

利用光子带隙的光子晶体适用于光学波导之外的光学元件，例如光学滤波器和光学开关。尽管不反射光且透射光子带隙附近的波段，不过在理论上和现象上看到了利用光子晶体独特特性的超过分辨率极限的光学性能，例如准直效应和透镜效应。使用该石英基板的光学元件也实现了这种效果。

实施例12

制作图23所示的光学滤波器。光学滤波器200F使用亚波长结构，且微小结构214按300nm的周期布置在石英基板201上。

在形成于圆柱体结构上的半球形结构中，底部的直径约200nm，高度约50nm。微小结构214的材料为ZnS、SiO₂和Au(摩尔比为72∶18∶10)。

光学滤波器200F的制作方法与实施例7相似(忽略图16E至16F)，除了使用脉冲光输出为8mW的蓝色激光204来照射。

备选地，如图24所示，石英的光学滤波器200G可以通过图16E至16F的工艺来形成。光学滤波器200G具有按照与光学滤波器200F相同的周期来布置的图案201c。

当被激光束照射时，光学滤波器200F和200G由于光子带隙而反射特定波长的光，且滤波器用做光学开关。例如，如果405nm波长的光入射到光学滤波器200F和200G同时入射角改变，则光以特定入射角被反射。

即使主要通过实施蓝色激光204的连续照射而周期性地形成截面为矩形的线性微小结构来替代微小结构214，仍可以获得用做光学开关的效果。当形成线性微小结构时，还相互获得垂直网目形状的结构的用做光学开关的效果。LER也小于光刻中抗蚀膜的值，且设置为1nm以下。

该光学滤波器根据亚波长结构和光子带隙效应用做反射预定波长的光的光学滤波器，或者光学开关。对于亚波长结构或光子晶体，入射角和反射光波长相互依存。相同的现象被使用，且光学滤波器和光学开关用做光学滤波器以完全透射特定波长的光。在用做光学元件来控制光透射的ON和OFF时，其变为光学开关。

实施例13

图25A至图25D示出实施例13的微小结构的扫描电子显微镜照片。微小结构形成于聚碳酸脂基板上，其中台和槽的轨道节距为400nm(线宽200nm，沟宽200nm)，且材料为ZnS、SiO₂和Ag(摩尔比为72∶18∶10)。

该微小结构的制作方法与实施例7相似，除了改变蓝色激光204的脉冲光输出，以及使用由ZnS、SiO₂和Ag(摩尔比为72∶18∶10)形成的溅射靶。

图25A、25B、25C和25D的脉冲光输出分别为6.5mW、7.0mW、8.0mW和9.0mW。图25A或图25B中的微小结构为半球形配置，图25C中的微小结构为半球形结构形成于圆柱体结构上的配置，且图25D中的微小结构为圆柱形配置。除了使用扫描电子显微镜之外，还可以使用透射电子显微镜和原子力显微镜来评估微小结构的配置。

图26示出脉冲光输出和微小结构的外径之间的关系。如图26所示，当脉冲光输出增大时，微小结构的外径增大，且在9mW时，中空部(开口)形成于微小结构的中心。微小结构的尺寸可以随着激光束照射时的脉冲宽度(照射时间)而改变。这种情况下的脉冲宽度在10至15纳秒范围内。尽管微小结构尺寸随脉冲光输出改变这种关系会根据组成比例、材料等而改变，不过在使用Ag之外的材料时也可以看到相同的脉冲光输出依存性。

图27A和图27B示出实施例13的另一示例的扫描电子显微镜照片。该微小结构形成于聚碳酸脂基板上，其中台和槽的轨道节距为400nm(线宽200nm，沟宽200nm)，且使用的材料为ZnS、SiO₂和ZnTe(摩尔比为68∶17∶15)。

该微小结构的制作方法与实施例7相似，除了改变蓝色激光204的脉冲光输出，以及使用ZnTe和ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的两个溅射靶。通过元素分析来检查通过溅射方法形成的膜的组成。图27A的脉冲光输出为6.0mW，图27B的脉冲光输出为7.0mW。

图28示出实施例13的另一示例的扫描电子显微镜照片。该微小结构形成于聚碳酸脂基板上，其中台和槽的轨道节距为400nm(线宽200nm，沟宽200nm)，且使用的材料为ZnS、SiO₂和Au(摩尔比为72∶18∶10)。

该微小结构的制作方法与实施例7相似，除了蓝色激光204的脉冲光输出为3.0mW，以及使用Au和ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的两个溅射靶。

在比较图25A至25D、图27A至27B以及图28的微小结构时发现，图27A至27B的微小结构的端部最平滑。当使用与图25A至25D、图27A至27B以及图28相同的材料并实施激光束的连续照射来制作线性微小结构时，且相应的LER被比较，使用与图27微小结构相同的材料的情形中的LER最小。这是因为Zn作为共同的元素包含在材料A’和材料C中。

在下述情形中可以制作该微小结构：Al、Cu、Pt、Sb、Te、Ge、Si、Bi、Mn、W、Co、Nb以及其合金，例如InSb、AgInSbTe、GeSbTe等的任意一种用做材料材料C。类似地，也可以在下述情形下制作该微小结构：ZnMgTe、CsZnTe、ZnMgSSe、SbZn、ZnCrO₄、ZnZrO₃、ZnWO₄、ZnTiO₃、Zn₃N₂、ZnF₂、ZnSnO₃、ZnMoO₄、GeS₂、CoS、SnS等的任意一种被使用。在对于蓝色激光具有较大透射率的材料例如ZnO用做材料C的情况下，如果使用的材料为ZnS、SiO₂、ZnTe和ZnO(64∶18∶10∶8)，则可以制作具有平滑端部的微小结构。此外，当ZnS、MnS和SrS的任意一种用做材料C时，也可以制作具有平滑端部的微小结构。

实施例14

制作图18A和图18B所示的光学非反射膜200B。光学非反射膜200B是由石英形成，直径约150nm且高度约250nm的圆柱形图案201b按200nm的周期来布置。与相同厚度的石英基板相比，光学非反射膜200B增大了对400至600nm波长范围内的光的透射率，且增大的透射率接近100％。这是因为周期性结构转变为蛾眼结构，避免了反射，并允许光透射。

光学非反射膜200B的制作方法与实施例7相似，除了使用蓝色激光204以200nm的周期来照射，形成FeS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的混合材料层202，且使用FeS和SiO₂的两个溅射靶。在使用晶片形成光学非反射膜200B之后，通过切割晶片将光学非反射膜200B分割成若干毫米的片，洗净除去杂质而得到光学非反射膜200B。

ZnS、CaS和SrS在可见光区域内几乎是透明的，且具有低的光学吸收能力。相反，在这些含硫化合物中，FeS具有较高的光学吸收能力。FeS-SiO₂(摩尔比为80∶20)吸收发射波长在可见光区域内的激光束。为此，FeS作为用于提高光学吸收能力的材料。

如图16D所示，也可以使用其中微小结构206形成于石英基板201上的光学非反射膜。由于微小结构206的材料不同于石英，光学非反射膜的效果会减弱，或者会在分割工艺出现脱落且成品率变低。为避免这一点，可以视需要在蚀刻至石英基板201表面之后，进行转印图案。此时，形成于石英基板201表面上的图案的配置基本上类似于作为掩模的微小结构206的形状。然而，由于微小结构206对CF₄的蚀刻速率足够小，因此可以制作大纵横比的图案。

在进行复制时，可以使用纳米压印技术，例如热纳米压印、光学纳米压印和软光刻，将图案转印到包含树脂作为主要成份的材料。

实施例15

图29A至图29D示出实施例15的微小结构的扫描电子显微镜照片。该微小结构形成于聚碳酸脂基板上，其中台和槽的轨道节距为400nm(线宽200nm，沟宽200nm)，且使用的材料为FeS-SiO₂(摩尔比为80∶20)。该微小结构的制作方法与实施例7相似，除了形成FeS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的混合材料层202，使用FeS和SiO₂的两个溅射靶，以及改变蓝色激光204的脉冲光输出。图29A、29B、29C和29D的脉冲光输出分别为1.5mW、2.0mW、3.0mW和4.5mW。

图29A中的微小结构为半球形配置，图29B或图29C中的微小结构为半球形结构形成于圆柱体结构上的配置，且图29D中的微小结构为圆柱形配置。微小结构的尺寸随着激光束的脉冲宽度和脉冲光输出而改变。

图30A和图30B示出实施例15的另一示例的扫描电子显微镜照片。该微小结构形成于聚碳酸脂基板上，其中台和槽的轨道节距为400nm(线宽200nm，沟宽200nm)，且使用的材料为FeS-SiO₂(摩尔比为76∶24)。

该微小结构的制作方法与实施例7相似，除了形成FeS-SiO₂(摩尔比为76∶24)的混合材料层202，使用FeS和SiO₂的两个溅射靶，以及改变蓝色激光204的脉冲光输出。图30A和图30B的脉冲光输出分别为1.1mW和1.4mW。

通过蓝色激光204照射、浸渍在氢氟酸205内以及蚀刻来形成微小结构206。在蓝色激光204照射的区域内，FeS和SiO₂可以组织化且对氢氟酸205的蚀刻抗性可以提高。

实施例16

如图19所示构造的微小结构208形成于石英基板201上。微小结构208的材料为ZnS、SiO₂和Au(摩尔比为72∶18∶10)。此时，可以使用载片(slideglass)替代石英基板201。

微小结构208的制作方法类似于实施例9，除了脉冲光输出为8mW。接下来，如下所述制作DNA芯片。通过使用喷墨系统，10000种以上DNA片段在其上形成有微小结构208的石英基板201上排列(array)和固定成为微小斑点。对于控制从射出孔的释放数量，喷墨方法是有利的。

DNA芯片制成与样品DNA反应(杂交)，其中使用荧光色素Cy3(绿)和Cy5(红)对该样品DNA执行细胞的发现基因的标记。相互互补的DNA反应的结果为，具有相应DNA的微小斑点着色。使用高分辨率DNA芯片分析装置读取这些微小斑点的颜色，且从该DNA芯片上的DNA获得样品DNA的功能数据。

可以如下所述进行DNA芯片的量产。平坦盘状石英基板201如实施例7那样旋转，DNA芯片形成于具有大的面积的晶片上，且晶片通过切割划分成DNA芯片。例如，可以低成本地制作尺寸约4平方毫米的DNA芯片。可以使用XY平台制作DNA芯片。

为了提高DNA的探测效率，重要的是如何将DNA片段排列和固定成为微小斑点。实施例16中的微小结构布置成具有大的比表面积。此时，与使用光刻等制作DNA芯片相比，可以低成本地制作实施例16的DNA芯片。如图19A至19B所示的圆柱形配置的微小结构是热光刻所特有的，其比表面积较大。

可以使用不同于实施例16的材料和制作方法来制作DNA芯片。此时，SiO₂中会出现特定的氧缺乏。用于提高光学吸收能力的材料，例如金属或合金，可以用做材料C。当荧光材料例如CdTe或CdSe选择用做材料C时，可以使用荧光探测。当例如Au的金属用做材料C时，等离子体激元效应是可预期的。

实施例17

图32示出实施例17的偏振分离件300的构成。偏振分离件300包括：形成于聚碳酸脂基板301上的ZnS层302，以及周期性地布置于ZnS层302上的线性微小结构303。偏振分离件300具有根据偏振分离件300的特性(周期、折射率)将特定波长的光310分离成P偏振光311和S偏振光312的功能。P偏振波的光是指电场矢量的振动平面平行于入射平面的偏振分量，S偏振波的光是指电场矢量的振动平面垂直于入射平面的偏振分量。

图33A至图33D为用于解释实施例17的偏振分离件300的制作方法的图示。首先，通过使用原盘和母盘以及射出成型的已知光盘制作工艺，制作0.6mm厚的聚碳酸脂基板301，其中高度为20nm且节距为200nm的不平整(台和槽)在该聚碳酸脂基板301内形成为同心圆形状。接下来，使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)通过RF溅射在聚碳酸脂基板301上按顺序沉积10nm厚的ZnS层302和200nm厚的ZnS、SiO₂和Zn(摩尔比为64∶13∶33)的混合材料层304(参考图33A)。

来自激光束照射设备(Shibasoku Co.制造)的波长为405nm的蓝色激光306被聚焦在混合材料层304的表面上，其中该蓝色激光306使用NA为0.85的物镜305来会聚，其中在混合材料层304的表面内进行循迹。激光以3.5mW的光学输出连续地施加到旋转的聚碳酸脂基板301(参考图33B)。

随后，聚碳酸脂基板301浸渍在2重量％的氢氟酸307内10秒钟并进行蚀刻(参考图33C)。使用纯水洗净并干燥之后，获得其中微小结构303周期性布置的偏振分离件300(参考图33D)。

被激光束306充分照射的混合材料层304保持不被蚀刻并转变为微小结构303。在实施例17中，形成为台(凸部)的混合材料层304部分保留，形成为槽(凹部)的混合材料层304部分除去。为此，相邻的微小结构303互联。

图34A和图34B示出实施例17的偏振分离件300的扫描电子显微镜照片。图34A为该偏振分离件的俯视图，图34B为当使用聚焦离子束(FIB)形成偏振分离件300的截面时该偏振分离件的透视图。为了形成截面，碳保护层308沉积在图34B的微小结构303的上部上。

从图34A至34B显见，线性微小结构303在偏振分离件300内周期性地布置。如此方式形成线性图案的偏振分离件称为线栅偏振器。

让S偏振光进入其中形成有聚碳酸脂基板301、ZnS层302和混合材料层304的偏振分离件300(见图33A)，测量S偏振光透射率的波长依存性，如图35所示。类似地，让S偏振光进入旋转90度的偏振分离件300，并使用高速光谱椭偏仪M-2000DI(J.A.Woollam Japan制造)作为测量装置，测量斑点直径约3mm，且该测量是在使用线偏振的透射率测量模式下完成的。

此时，偏振分离件300尺寸大于测量斑点直径。

从图35显见，偏振分离件300没有旋转90度的情形下，中心波长约为747nm并看到下降(dip)。对于偏振分离件300旋转90度的情形，没有看到下降。因此，偏振分离件300在约747nm的中心波长周围的650至840nm波段内具有偏振分离功能。

接下来，按照与上述示例类似的方式制作偏振分离件300，除了激光束306的连续光学输出改变为3.0mW和2.5mW。

图36A和图36B示出当连续光学输出设置为2.5mW时，偏振分离件300的扫描电子显微镜照片。图36A为偏振分离件的俯视图，图35B为当使用聚焦离子束(FIB)形成偏振分离件300的截面时该偏振分离件的透视图。为了形成截面，碳308沉积在图36B的微小结构303的上部上。

图37示出偏振分离件300对S偏振光的透射率的波长依存性。从图37显见，在偏振分离件300旋转90度且连续光学输出设置为2.5mW的情形，没有看到下降，与上述示例类似。对于偏振分离件300没有旋转90度的情形，在连续光学输出设置为3.5mW、3.0mW和2.5mW的任何情况下均看到下降，且当连续光学输出设置为大的值时，下降深度大并朝短波长侧偏移。

测量氢氟酸2重量％对ZnS、SiO₂和Zn(摩尔比为64∶13∶33)的蚀刻速率。在未退火情形中，蚀刻速率约为5.26nm/秒。在使用电炉(空气气氛)在500℃退火30分钟的情形中，蚀刻速率约为0.17nm/秒。这个结果表明，执行退火的蚀刻速率比值(未退火情形与退火情形的比值)约为33，且蚀刻抗性通过退火迅速提高。

对于激光束照射和退火，最终温度和最高温度到达时间不同，不过在热量供应方面是一致的。为此，在实施例17中，激光束306热量供应被列举为通过浸渍在氢氟酸307内并在照射激光束306后蚀刻来实施混合材料层304的图案形成的因素之一。

此外，当使用ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)进行相同实验时，获得了几乎相同的蚀刻选择性，且推测ZnS的结晶是蚀刻抗性大幅变化的起因。

当由ZnS、SiO₂和Zn形成的薄膜在大气中在500℃退火30分钟时，可见光区域内的透射率增大，且从X射线衍射看到ZnO的衍射X射线峰。也就是说，确认Zn的氧化。为此还猜测，在激光束306照射的混合材料层304内，Zn氧化。

也就是说，如果混合材料层304被照射，具有光学吸收能力的Zn将吸收激光束306并氧化，且微小结构303在可见光区域内的透射率增大。此时，由于在可见光区域内是透明的，当激光束306照射ZnS和SiO₂时，透明材料的图案形成被实施。

100nm厚ZnS层形成于光透射率为93％的玻璃基板上的样品，在300nm、405nm和550nm波长的光透射率分别为约20％、约60％和约90％。

另一方面，SiO₂的光透射率在200至1700nm波段内超过90％。此时，也可以通过照射ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)吸收的光来实施ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的图案形成，其中该光例如为波长为266nm的DUV(深紫外)激光束以及波长为13.5nm的EUV(极深紫外)激光束。

然而，设备变得昂贵且还需要照射时间，使得照射激光束的波长变短。在实施例17中，由于混合材料层的光学吸收能力提高且无需真空，因此微小结构可以通过照射可见光区域的半导体激光束来制作，例如波长为405nm、650nm和780nm的半导体激光束。该偏振分离件300也可以用做衍射光栅。

实施例18

制作图38所示的光学滤波器。对于光学滤波器400，ZnS层402形成于聚碳酸脂基板401上，且微小点状结构403周期性地形成于ZnS层402上。为此，光学滤波器400具有根据光学滤波器400的特性(周期、折射率)来反射特定波长的光410的P偏振光411或S偏振光412的功能。

光学滤波器400的制作方法示于图39A至图39D。首先，通过使用原盘和母盘以及射出成型的通常光盘工艺，制作0.6mm厚的聚碳酸脂基板401，其中高度为20nm且节距为400nm的不平整(台和槽)在该聚碳酸脂基板301内形成为同心圆形状。

接下来，使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)通过RF溅射在聚碳酸脂基板401上按顺序沉积10nm厚的ZnS层402和200nm厚的由ZnS、SiO₂和Zn(摩尔比为64∶13∶33)的混合材料层404(参考图39A)。

使用NA为0.85的物镜405聚焦来自激光束照射设备(Shibasoku Co.制造)的波长为405nm的蓝色激光406。对混合材料层404的表面实施该聚焦，由此实施循迹。激光以10mW的脉冲光输出对旋转的聚碳酸脂基板401进行脉冲光照射(参考图39B)。

随后，聚碳酸脂基板401浸渍在2重量％的氢氟酸707内10秒钟并蚀刻(参考图39C)，使用纯水洗净并干燥之后，获得其中周期性布置的光学滤波器400(参考图39D)。此时，被激光束406充分照射的混合材料层404保持不被蚀刻，并转变为微小结构403。微小结构403沿轨道方向的间隙约为400nm。

图40A和图40B示出光学滤波器400的扫描电子显微镜照片。图40A和图40B的照片分别从顶面方向和倾斜方向采集。

让S偏振光412进入光学滤波器400和聚碳酸脂基板401，测量S偏振光透射率的波长依存性，如图41所示。类似地，让S偏振光412进入旋转90度的光学滤波器400，测量S偏振光透射率的波长依存性。在测量中，使用高速光谱椭偏仪M-2000DI(J.A.Woollam Japan制造)作为测量装置，测量斑点直径约3mm，且该测量是在使用线偏振的透射率测量模式下完成的。

从图41看出，当光学滤波器400没有旋转90度时，中心波长在674nm和701nm，并看到比较窄的线宽下降，当光学滤波器400旋转90度时，看到下降的中心波长变为655nm。因此，光学滤波器400具有过滤特定波段内的偏振的功能。此时，反射率测量表明，与下降波长相对应的没有透射的光被反射。

接下来，按照与上述示例类似的方式制作光学滤波器400，除了改变激光束406的脉冲光输出之外，可以看到脉冲光输出越大时下降深度越深的趋势。同样在该情形中，如实施例17那样通过照射激光束406来实施透明材料的图案形成。

实施例19

制作图42A和图42B所示的无机电致发光(EL)元件500A和500B，作为发光装置的示例。在EL元件中，通过正空穴和电子的复合来发光。尽管在EL元件中通常使用平坦基板，如果使用其中形成不平整图案的基板，则小于临界角的入射光将根据反射防止效果而透射，且通常无法取出的超过临界角的入射光作为衍射光被区域。结果，光提取效率增加到约1.5倍。

无机EL元件500A包括偏振分离件300(衍射光栅)，其中ZnS层302形成于聚碳酸脂基板301上，且线性微小结构303周期性地形成于ZnS层302上。在没有形成微小结构303的聚碳酸脂基板301表面上，由ITO(氧化铟锡)形成的阴极501、由ZnS-Mn(Mn的含量百分比为若干重量％)形成的发光层502、以及由Al形成的阳极板503按此顺序依次层叠。

与无机EL元件500A类似，无机EL元件500B具有衍射光栅，且阴极501、发光层502和阳极板503按此顺序依次层叠在微小结构303上。

在本实施例中，每个微小结构303在可见光区域内具有高的透射率，且适合用做构成EL元件的材料。

在阴极501和阳极板503之间施加直流电压或交流电压时，看到黄橙色发光(中心波长585nm)，且对于无机EL元件500A和500B这两种情形，发光效率(光学提取效率)均高于没有形成微小结构303的情形。

在实施例19中，ZnS-Mn用于发光层502，但是本发明不限于本实施例。备选地，可以使用任何其它发光材料，例如CaSSe-Eu、CaS-Eu、SrS、Cu、SrS-Ce、BaAl₂S₄-Mn、BaZnS₃-Mn和ZnMgO。

此外，发光层502使用例如对苯乙炔基和亚芳香基的有机发光材料，并使用直流电压电源，也可以形成有机EL装置。

实施例20

制作图43所示的染料敏化太阳能电池600，作为光电换能器的示例。光电换能器具有吸收光并将光转换为电的光电转换层。随着光电转换层的厚度增大，所吸收的光的数量增加。由Si半导体或者有机半导体形成的光电转换层具有光伏效应。如果p-n结部或肖特基结部被激励光照射，得到的电子和正空穴被界面的电场相互分离，且电势差产生于其间。

通常，平坦基板用于光电换能器。如果使用其中形成有不平整图案的基板，光电转换层内的多路径反射增加且光子夹杂效应增大。结果，光电转换效率增大约3％至5％。

与实施例17类似，在染料敏化太阳能电池600中，线性微小结构602形成于平坦玻璃基板601上，且阴极603进一步形成于微小结构602上。

光电转换层606夹置于阳极板605和阴极603之间，该阳极板605形成于玻璃基板601上。色素、氧化钛、电解质及氧化还原对包含在光电转换层606内。

对于色素，在本实施例中使用钌络合物RuL₂(NCS)₂(L＝4，4’-二羧基-2，2’-联吡啶)。然而，本发明不限于该实施例。备选地，可以使用例如卟啉基或花青基的另一色素来替代。

对于氧化钛，在本实施例中使用粒径约为10-30nm的其微粒。氧化钛微粒的X射线衍射表明其主要是锐钛矿类型。氧化钛可以通过溅射方法形成。如果包含非晶，光电转换效率降低。为了避免这一点，优选地使用结晶度高的微粒。

对于电解质和氧化还原对，在本实施例中使用电解质溶液Iodolyte TG 50(Solaronix Co.制造)(其中0.5M碘化锂(LiI)和0.05M金属碘(I₂)添加到分子量为220的聚乙二醇)。然而，本发明不限于本实施例。对于电解质，可以使用例如锂离子的阳离子和例如氯离子的阴离子。对于氧化还原对，可以使用碘-碘化合物、溴-溴化合物等的任意一种。

在光电转换层606中，色素吸收光以发射电子，且半导体氧化钛(TiO₂)接收电子以将其转移到阴极603。保留在色素内的空穴(h⁺)氧化碘离子(I^-)，且碘III离子(I^3-)形成。I^3-被阳极板605还原。通过重复上述周期而产生电。

对于阴极603和阳极板605，在本实施例中使用ITO(氧化铟锡，5％氧化锡和95％氧化铟)。然而，本发明不限于本实施例。备选地，可以使用其中氟掺杂到氧化锡的FTO膜。

除了石英的玻璃基板601之外，微小结构602还可以制作在聚碳酸酯基板等上。然而，在光电换能器中，在形成ITO时温度上升到约500℃，且通常使用具有高耐热性的玻璃基板701。本实施例中的微小结构602包含ZnO。

微小结构602也可以应用于除了染料敏化类型太阳能电池之外的太阳能电池，例如Si薄膜太阳能电池、CIGS太阳能电池(Cu(In_1-x，Ga_x)Se₂)、以及使用铜-铟-镓-硒基材料的太阳能电池。

实施例21

制作图44A和图44B所示的非球面透镜。图44A为非球面透镜的透视图，图44B为非球面透镜的剖面图。最大直径约2微米，高度约2.5微米，非球面透镜700呈接近超半球形配置，且其最大直径略大于与石英基板701接触的表面的透镜直径。

对于660nm波长的光的透射率约为90％，且非球面透镜700在可见光区域内具有充分可用的透射率。

非球面透镜700按照与实施例18类似的方式来制作，除了使用平坦石英基板701替代聚碳酸脂基板401，且使用780nm波长的激光束替代405nm波长的蓝色激光506。

从粉末X射线衍射结果发现，非球面透镜700具有非常弱的Zn的峰和强的ZnO的峰。看上去Zn大部分氧化并形成ZnO。由此，非球面透镜700在可见光区域内的透射率增大。

从薄膜的退火实验的结果来评估，非球面透镜700的折射率约为2.2。非球面透镜700折射率大于石英的折射率并包含无机材料，且可靠性高。非球面透镜700可以制作在石英基板701上，且容易划分成片。

非球面透镜700的配置不是限制性的。且通过改变激光束506的脉冲光强度或混合材料层504的厚度，可以将非球面透镜700布置成半球形配置。

接下来，将参考附图描述根据本发明的一次写入信息记录介质的实施例。

实施例1的一次写入信息记录介质(本发明的一次写入信息记录介质的示例)的剖面结构示于图45A和图45B。图45A示出通过激光束照射来记录之前该一次写入信息记录介质的状态，图45B示出通过激光束照射来记录之后该一次写入信息记录介质的状态。图45A和图45B的图示是示意性的，且不对应于实际厚度或尺寸。

在实施例1的一次写入信息记录介质中，轨道节距为0.32微米，记录标记周期为300nm时的CNR(载波噪声比)为45dB。基板1为聚碳酸酯基板，其具有轨道节距为0.32微米的台和槽的重复不平整。在基板1上，40nm厚的Ag的反射层2；50nm厚的ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的下介电层3；15nm厚的ZnS、SiO₂和ZnTe(摩尔比为70∶20∶10)的记录层4；40nm厚的ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的上介电层5；以及100微米厚的透光类型的丙烯酸树脂的保护层6按此顺序依次沉积。

如果实施例1的一次写入信息记录介质的记录层4使用光学拾取头透过激光束来照射，由腔(cavity)形成的记录标记7可以形成于记录层4内，如图45B所示，使得信息被记录在记录层4内。

如下所述制作实施例1的一次写入信息记录介质。也就是说，通过使用母盘的射出成型来制作聚碳酸酯的基板1，该基板1具有台和槽的0.32微米的轨道节距。接下来，反射层2(Ag，厚40nm)、下介电层3(ZnS-SiO₂，摩尔比为80∶20，厚50nm)、记录层4(ZnS、SiO₂和ZnTe，摩尔比为70∶20∶10，厚15nm)、以及上介电层5(ZnS-SiO₂，摩尔比为80∶20，厚40nm)按此顺序使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)通过溅射沉积在基板1上。

随后，在介电层5上实施丙烯酸树脂的旋转涂敷，执行通过UV照射的固化，且形成保护层6(透光类型，厚100微米)。

如下所述执行实施例1的一次写入信息记录介质的记录和再现。即，使用具有光学拾取头的激光束照射设备的物镜12将蓝色激光束(波长为405nm)如图48B所示聚焦在记录层4的表面上。从保护层6侧进行该聚焦，该激光束依据预定记录策略(在记录时的激光束的发射波形控制)被多脉冲调制，且随机数据记录在记录层4内。

类似地，使用光学拾取头通过激光束(波长为405nm)的连续照射从记录介质再现信息，并观察再现信号。如此，基于实施例1一次写入信息记录介质的记录层4内记录的随机数据的信息被再现，且实施例1的一次写入信息记录介质的功能和性能被检查。

当使用原子力显微镜(AFM)检查该表面配置时，在记录之后，在该一次写入信息记录介质的记录层4内形成记录标记的区域内观察到腔和膨胀部。

该膨胀部内部包含微小腔。在通过激光束照射记录层4来进行记录之后出现各个腔和膨胀部，且由于存在该腔和膨胀部，记录层4的反射率在记录之前和之后发生变化。而且确认，基于上述随机数据的信息被记录在记录层4内以及该信息是可再现的。

进行下述实验，以观察在实施例1的一次写入信息记录介质的记录层4内形成的记录标记内存在的腔和膨胀部。

也就是说，如下所述形成被观察的样品。使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)通过溅射在聚碳酸酯的基板1上形成ZnS、SiO₂和ZnTe(摩尔比为70∶20∶10，厚40nm)的记录层4。对该样品的记录层4进行脉冲激光照射(波长为405nm，物镜NA为0.85)。以400nm的间隔进行脉冲激光照射，且线性速度为4.5m/sec。

此时形成的样品的表面(记录层4)内形成的记录标记的扫描电子显微镜(SEM)照片示于图46A和图46B。在一次写入光学记录介质的状态，保护层6层叠在记录层4上，且对记录层4表面状态的观察困难。在这些实验中，制备上述样品，且形成于记录层4内的记录标记被观察到。

图46A示出激光束的照射强度为6mW时的SEM照片，图46B示出激光束的照射强度为7mW时的SEM照片。

对于图46B的情形，直径约80nm的孔9形成于几乎所有的激光束照射部分。对于图46A的情形，激光照射部分8处于膨胀部状态，且腔形成于激光照射部分8的内部。使用AFM测量或透射电子显微镜(TEM)类似地观察到这些状态。

经评估，膨胀部(状态)和腔有助于本发明的一次写入信息记录介质的反射率变化。尽管激光束的斑直径约400nm，本发明的一次写入信息记录介质的优点为，可以形成直径为80nm的孔，该直径远小于斑直径。

构成实施例1的一次写入信息记录介质的记录层4的混合无机材料包含ZnS(硫化锌)作为材料A的含硫化合物，包含SiO₂(二氧化硅)作为材料B的氧化硅，并包含ZnTe(碲化锌)作为材料C。与实施例1的一次写入信息记录介质内记录层4厚度相同的，15nm厚的ZnS-SiO₂(摩尔比为50∶50～90∶10)的透光率约为100％。也就是说，ZnS-SiO₂等效于构成记录层4的该混合无机材料，其中排除了为材料C的ZnTe。这表明ZnS-SiO₂在可见光区域内的透光率由于添加为材料C的ZnTe而减小。

具体而言，当比较相同厚度的由ZnS-SiO₂(材料A和材料B)形成的层和由ZnS、SiO₂和ZnTe(混合无机材料：材料A、材料B和材料C)形成的层在可见光区域的透光率时发现，随着ZnTe含量比例增大，总透光率减小(从100％减小至60％)，但是光学吸收能力增加(消光系数k从约10^-1增加到约10^-3)。使用光谱椭偏仪测量光学吸收能力。

ZnS-SiO₂(摩尔比为80∶20)的消光系数k在405nm约为1×10^-3。另一方面，使用混合无机材料形成的记录层4的消光系数k在405nm约为1×10^-1。因此，在实施例1中，由于添加材料C到记录层，发现消光系数k可以制成约为1×10^-1，且使得可以容易吸收蓝色半导体激光束。使用光谱椭偏仪(J.A.Woollam Japan，VASE制造)测量消光系数k。

在图45A和图45B所示的实施例1的一次写入信息记录介质中，记录层4插在下介电层3和上介电层5之间。相反，在图47A和图47B所示的实施例2的一次写入信息记录介质中，下介电层3和上介电层5不存在，记录层4形成于基板1上，且保护层6直接形成于记录层4上。实施例1中的记录层4的厚度为15nm，实施例2中记录层4的厚度改变为40nm。

图47A为实施例2的一次写入信息记录介质的平面图，图47B为实施例2的一次写入信息记录介质的剖面图。

实施例1的一次写入信息记录介质具有下述构造，其中记录层4夹置于下介电层3和上介电层5之间，且与实施例2的一次写入信息记录介质相比具有出色的可靠性。与实施例1的一次写入信息记录介质相似，检查实施例2的一次写入信息记录介质是否可以基于记录层4内的随机数据来执行信息的记录和再现。检查结果发现，可以与实施例1的一次写入信息记录介质类似地执行记录和再现。

在实施例3中，制作用于光学信息记录介质(光盘)的原盘。实施例3中制作的原盘的平面图示于图48A。如图48A所示，记录坑11形成于薄膜10上。轨道节距为0.32微米，最短坑尺寸为150nm。所使用的基板为石英基板。

如果使用实施例3中得到的石英原盘，则可以制作用于光盘射出成型的母盘以及光学信息记录介质。

接下来，结合图48B解释图48A的原盘的制作方法。

图48B为示出原盘的剖面图。当形成于石英基板14上的薄膜10被激光束13照射时，记录坑11(凹部图案(孔或凹陷))形成，其中该薄膜10为图案形成层，该激光束13使用物镜12来聚焦。

将解释原盘的制造方法。首先，准备具有高的表面精确度的石英基板。随后，使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)进行RF溅射以形成基板的ZnS、SiO₂和Zn(混合无机材料，摩尔比为54∶13∶33)的图案形成层。该图案形成层的厚度约为40nm。在精细图案形成之前，为该图案形成层。

接下来，如图48B所示，使用激光束照射设备LA330(Shibasoku Co.制造)的物镜12(透镜NA为0.85)，将蓝色激光束13(波长为405nm)聚焦在该图案形成层上。激光束被多脉冲调制，且执行激光束照射使得随机数据记录在记录层内。

孔状坑(凹部图案)根据该工艺形成于图案形成层的激光照射部分。通过原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)，也确认了坑的形成。坑的深度约为40nm。这对应于由混合无机材料层形成的图案形成层的厚度。在使用椭偏仪VASE(J.A.Woollam Japan制造)的测量中，由该混合无机材料形成的图案形成层的消光系数k约为1×10^-1。

其中坑形成于图案形成层内的该石英基板可以用作用于光盘射出成型的母盘的原盘。

接下来，基于实施例3的原盘，执行Ni电铸(electroforming)，并实际制作Ni母盘。随后通过使用该Ni母盘通过射出成型或2P转印(光-聚合)来制作BD-ROM基板。

在上述情形中，进行Ni电铸，安装在RIE(反应离子蚀刻)设备内，通过CF₄气体进行蚀刻，且在石英基板上进行形状反映之后可以进行Ni电铸。其中记录坑15形成于石英表面内的该石英基板14的部分示于图49。

记录坑15形成于由ZnS、SiO₂和Zn(混合无机材料，材料A、材料B和材料C)形成的图案形成层内。当RIE蚀刻和氢氟酸除去该图案形成层(SiO₂使用氢氟酸来蚀刻)且残余部分进一步使用氩气来除去时，可以制作图49的石英基板14。

制作用于光学信息记录介质的原盘。原盘的表面示意图示于图48A。如图48A所示，记录坑11形成于薄膜10上。轨道节距为0.32微米，且最短坑尺寸为150nm。基板材料为石英。由石英制成的原盘为用于光盘射出成型的母盘的起源，可以进一步制作光学信息记录介质。

结合图48B解释图48A的原盘的制作方法。图48B为剖面图。

使用激光束13照射石英基板14上的薄膜10(图案形成层)，由此形成记录坑11，该激光束13使用物镜12来聚焦。

首先，准备具有高的表面精确度的石英基板。随后，使用溅射设备CFS-8EP-55(Shibaura Mechatronics Co.制造)进行RF溅射，通过ZnS、SiO₂和AgInSbTe(混合无机材料，摩尔比为54∶13∶33)形成图案形成层。

在石英基板上，该层形成为40nm厚。该层用作图案形成层。AgInSbTe的组成比例为6∶0.7∶25.1∶68.2(Ag₆In_0.7Sb_25.1Te_68.2)。在下文中为了方便称其为AgInSbTe。

接下来，如图48B所示，使用激光束照射设备的物镜12(透镜NA为0.85)，将蓝色激光束13(波长为405nm)聚焦并应用于该图案形成层，且该激光束被多脉冲调制，使得随机数据被记录。

孔状坑(凹部图案)形成于该工艺的图案形成层的激光照射部分。通过原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)，确认该坑(凹部图案)的形成。深度约为40nm，这相当于该图案形成层的厚度。由该混合无机材料形成的图案形成层的消光系数k约为1×10^-1。

因此，其中形成有坑的该石英基板可以用作用于光盘射出成型的母盘的原盘。基于本发明的原盘，实际执行Ni(镍)电铸，并制作Ni母盘。随后通过使用该Ni母盘通过射出成型或2P转印(光-聚合)来制作只读介质(ROM)。

在本实施例中，AgInSbTe用作被添加到材料A(ZnS)和材料B(SiO₂)的混合物的材料C。AgInSbTe为无机材料的4元混合物。通过该材料C，可以在图案形成层内形成孔(坑)，且可以制作原盘。因此，如果增加光学吸收能力的材料(金属、半金属或半导体的无机材料)用作材料C，且与该混合无机材料内的光学吸收能力相对应的激光束的照射条件被恰当地选择，则可以制作该原盘。

制作用于光学非反射膜(抗反射膜)的原盘。用于光学非反射膜的原盘的示意图示于图50A和图50B。图50A为原盘的俯视图，其中示意性示出包括圆坑17的周期性结构的图案。图50B为原盘的剖面图。

周期约为300nm，腔直径约为80nm，且膜厚度约为20nm。基板为石英基板，且形成该混合无机材料的图案形成层16。

形成于石英基板18上的图案形成层16内的周期性结构的材料(混合无机材料)为ZnS、SiO₂和Zn(68∶17∶15)。

与其中没有形成该周期性结构的相同厚度的石英基板相比，对于波长范围为400至600nm的光的透射率增大，且可以制作一原盘，其中达到约100％非反射的光学非反射膜形成于该原盘上。这是因为微小结构的周期性结构转变为蛾眼结构，其控制反射并使入射光透射。

尽管可以使用原盘本身作为光学非反射膜，但是将其用作主模(mastermold)通过Ni电铸来再现许多光学非反射膜适于量产。光学非反射膜用于偏振片、例如背投屏幕和投影仪显示器、太阳能电池等。

将解释制作方法。首先，在石英基板18上，形成ZnS、SiO₂和Zn(摩尔比为68∶17∶15)的薄膜16(图案形成层)。该薄膜16在形成之后，置于XY平台上；并使用蓝色激光束(波长为405nm)来照射该薄膜16(图案形成层)，其中使用物镜(NA为0.85)聚焦该蓝色激光。

通过以给定间隔的脉冲光(周围为300nm，激光功率为11mW)来照射而形成周期性坑。在使用晶片制作该原盘之后，通过切割将其划分为若干平方毫米的片，且洗净以除去杂质。

图51为石英基板18的剖面图，使用具有图案形成层的石英基板对其进行蚀刻，其中该图案形成层中形成有周期性坑。

图案19形成于石英基板18上。形成为该图案的混合无机材料的膜可以用作光学非反射膜。然而当基板的材料和薄膜的材料互不相同时，作为光学非反射膜的效果会减弱，且会在下一分割工艺出现脱落。为避免该问题，混合无机材料的膜被蚀刻至石英基板18，且通过将坑(图案)转印到石英基板来执行图案的复制。

形成于石英基板18表面上的图案19(坑)的配置非常接近用作掩模(抗蚀膜)的ZnS、SiO₂和Zn(摩尔比为68∶17∶15)的结构的配置。

这种情况下，ZnS、SiO₂和Zn(摩尔比为68∶17∶15)的结构对CF₄的蚀刻速率足够小，可以制作大纵横比(垂直长度大于水平长度)的配置。

图52A和图52B示出本发明实施例的光学信息记录介质的样品的扫描电子显微镜照片，其中由混合无机材料形成的记录层被激光束照射。使用ZnS、SiO₂和Ag(摩尔比为72∶18∶10)的混合靶，执行溅射使得厚40nm的薄膜20形成于聚碳酸酯基板上，且每个样品被激光束(波长为405nm，NA为0.85)照射。

对于图52A的情形，激光功率为8mW。膨胀部21形成于薄膜20内。对于图52B的情形，激光功率为9mW。直径约80nm的孔22形成。如果使用可以形成该混合靶的材料，则可以使用金属、半金属和半导体的任意一种来形成该混合靶。

与其它成份相比对蓝色激光具有高透射率的ZnO可以用作材料C，替代Ag。具体而言，当ZnTe-ZnO用作材料C，且ZnS、SiO₂、ZnTe和ZnO(64∶18∶10∶8)的混合材料以相同的方式制作并用激光束照射时，可以形成具有尖锐端部的孔。

已经确认，当InSb、AgInSbTe和GeSbTe任意一种用作材料C替代Ag且进行激光束照射时，也可以形成坑。

本发明的一次写入信息记录介质可应用于包括CD-R、DVD-R、HD DVD(高清数字多功能盘)和BD-R(蓝光光盘-可记录)的一次写入记录介质。本发明的信息记录介质也可应用于其中两层以上记录层形成于单个光学记录介质内以增大存储容量的多层盘。本发明的一次写入信息记录介质也可应用于其中窄轨道节距的轨道形成于记录层内以增大存储容量的单层盘。

本发明的原盘适合用作只读介质(ROM：只读存储器)的原盘，或者用于低成本制作信息记录介质的纳米压印。

本发明不限于上述实施例，且可以进行变形和调整而不背离本发明的范围。

本发明主张2007年3月19日提交的日本专利申请No.2007-071485、2007年3月26日提交的日本专利申请No.2007-079482、2007年4月27日提交的日本专利申请No.2007-120218、以及2007年10月24日提交的日本专利申请No.2007-276730的优先权，其全部内容引用结合于此。

Claims (20)

1.一种包含含硫化合物和氧化硅的微小结构。

2.如权利要求1所述的微小结构，其中所述微小结构为下述配置的任意一种：具有弯曲表面的突起配置、具有弯曲表面的突起结构形成于圆柱体结构上的配置、以及圆柱形配置。

3.如权利要求1所述的微小结构，其中所述微小结构为下述配置的任意一种：具有弯曲表面的突起配置、具有弯曲表面的突起结构形成于圆柱体结构上的配置、以及圆柱形截面连续地形成的配置。

4.如权利要求1所述的微小结构，其中所述含硫化合物包含ZnS。

5.如权利要求1所述的微小结构，其中所述含硫化合物包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的第一含硫化合物。

6.如权利要求5所述的微小结构，其中所述含硫化合物包含FeS和GeS₂的至少一种。

7.如权利要求1所述的微小结构，还包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的材料。

8.如权利要求7所述的微小结构，其中用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的所述材料包含Al、Ag、Au、Cu、Zn、Pt、Sb、Te、Ge、Si、Bi、Mn、W、Nb、Co、Sr、Fe、In、Sn、Ni、Mo、Mg和Ca的至少一种。

9.如权利要求8所述的微小结构，还包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的所述材料的氧化物。

10.如权利要求7所述的微小结构，其中用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的所述材料包含第二含硫化合物和含锌化合物的至少一种。

11.如权利要求10所述的微小结构，其中用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的所述材料包含ZnTe、ZnSe和MnS的至少一种。

12.如权利要求7所述的微小结构，其中用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的所述材料包含荧光材料。

13.如权利要求12所述的微小结构，其中所述荧光材料或者为CdSe或者为CdTe。

14.如权利要求5所述的微小结构，其中所述氧化硅的含量百分比在10mol％至30mol％的范围内。

15.一种微小结构的制作方法，包含步骤：

在基板上形成包含含硫化合物和氧化硅的层；

使用激光束照射包含所述含硫化合物和氧化硅的所述层；

蚀刻通过所述激光束照射的所述层以形成微小结构，

其中所述含硫化合物包含用于提高对预定波长的光的光学吸收能力的第一含硫化合物，或者包含所述含硫化合物和氧化硅的所述层还包含用于提高光学吸收能力的材料。

16.一种一次写入信息记录介质，包含：

基板；以及

由混合无机材料形成并沉积在所述基板上的记录层，

其中所述混合无机材料包含含硫化合物和氧化硅。

17.如权利要求16所述的一次写入信息记录介质，其中所述混合无机材料还包含一种无机材料，所述无机材料不同于所述含硫化合物和氧化硅并且选自金属、半金属和半导体，以及

其中所述记录层具有比不包含所述无机材料的相同厚度的记录层的光学吸收能力高的对预定波长的光的光学吸收能力。

18.如权利要求16所述的一次写入信息记录介质，还包含沉积在所述基板上的介电层和反射层。

19.如权利要求17所述的一次写入信息记录介质，其中所述无机材料包含构成所述含硫化合物和氧化硅的元素。

20.如权利要求16所述的一次写入信息记录介质，其中所述无机材料包含选自Al、Ag、Au、Cu、Zn、Pt、Sb、Te、Ge、Si、Bi、Mn、W、Nb、Co、Sr、Fe、In、Sn、Ni、Mo、Mg、Ca、Pb和Ba的至少一种元素。

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