JP2005141786A - 光情報記録媒体、光情報記録再生装置、および光情報記録再生装置における平面プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小な案内溝に正確にトラッキング可能で、高密度、高効率かつ安定に記録再生することが可能な、また表面の磨耗に強く高信頼性で情報の記録再生が可能な光情報記録再生技術を提供すること。
【解決手段】 本発明における光情報記録媒体は、表面に凹凸形状のトラッキング用の案内溝を有し、光学的に情報の記録再生を行う光情報記録媒体であって、凹凸形状を構成する凹部１０１もしくは凸部１０２の少なくとも一方が、案内溝に直交する方向において非対称な側面（１０３，１０４）の断面形状（一方の側面が直線状または曲線（２次曲線））を有し、かつ該断面形状の凸部の頂上の平坦部の幅を１００ｎｍ以下にしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超高密度かつ高速にデータの記録再生を行うことが可能な光情報記録媒体および該記録媒体を用いた光情報記録媒体、光情報記録再生装置、および光情報記録再生装置における平面プローブの製造方法に関するものである。

近年、オーディオおよびビデオ動画像ファイル、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がめざましい勢いで発展してきており、それ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および格納媒体が必須となってきている。

今後、更に普及が予想される高鮮明（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、必要とされる情報記録媒体および格納媒体の容量は更に増大することになる。

このような状況において、現在、多くの記録およ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。

光を用いた記録方法の代表的な例として、次のような方法が知られている。
（ａ）特定の高分子材料に所定の光を照射し、局所的にその分子構造を変化させ、それによってその部分の屈折率を変化させる方法。

（ｂ）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し、それによってその部分の磁化方向を変化させる方法。

（ｃ）レーザ光照射により物質を融点以上に加熱し、その後急冷することによりアモルファス相を形成し、あるいは結晶化転移点以上の温度から徐冷することにより結晶相を形成したりすることにより、結晶−アモルファス間を可逆的に構造変化させる方法。

これらの方法は、レーザ光をレンズ光学系で集光したものを記録媒体に照射するため、このレーザ光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。すなわち、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することができ、高記録密度化することができる。

このためには、レーザ光の波長を短くし、光ピックアップの対物レンズの開口数（ＮＡ）を増加させればよい。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って低減可能なレーザ光のスポットの大きさは、高々該レーザ光の波長程度までである。

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。

しかしながら、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制限され、記録媒体の記録密度を向上するには限界がある。

こ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、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およ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、光の回折理論より、光集束スポットの大きさ（長径）は、光源波長およ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、記録媒体の記録密度の上限が決定される。

さらに、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 となる。式中、θは回折角を表し、ｄはビームの直径を表し、λは光の波長を表している。

従って、レンズを利用してビームの直径ｄを小さくするほど、回折角θは大きくなり、ビームの直径（大きさ）を所定値以下に低減することはできない。

光記録媒体の記録密度の限界は、ｄ〜1.22λ/NA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している。

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（直径）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ビット当たり記録およ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用いられ、このような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（近接場光）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。

これは「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」という原理を利用したものである。この近接場光を開口付近に位置した記録媒体となる材料と相互作用させることによって記録媒体への情報の記録および再生を行う。これにより、上述した如き回折限界を克服し、従来の光記録の記録密度を飛躍的に向上できる可能性がある。

従来の光ディスクにデータを記録、あるいは光ディスクに記録されたデータを再生する記録再生装置（記録再生装置）では、レーザ光を光ディスクのトラック上に正確に走査するため、レーザ光のスポット径がトラック中心から外れていないかを検出している。

トラック中心から外れていないかの検出は、レーザ光を光ディスク上のトラッキングマークに照射し、反射光に基づく信号を検出することによって行われる。

レーザ光がトラック中心から外れることをトラッキングエラーという。トラッキングエラーは、トラッキング信号によって検出される。たとえば、相変化材料等を記録層に使った書き換え可能な記録媒体では、トラッキングの方法としてプリグルーブ法が採用されている。この方法は、基板上に予めレーザヘッドを案内する溝（プリグルーブ）を形成しておき、この溝端部で生じる光の回折を利用して、レーザビームが溝の中央部に照射されるようにサーボをかける方法である。

レーザビームと案内溝（プリグルーブ）との位置ズレ信号（トラックエラー信号）はプッシュプル法等で検出する。すなわち、媒体からの反射光のファーフィールドパターン（far-field pattern；媒体から離れた場所でのフィールドパターン）を２つの受光領域を有する２分割の光検出器で検出し、該２つの受光領域で検出された光電流の差から案内溝（プリグルーブ）とレーザビームとの位置ズレを検出する。

この案内溝（プリグルーブ）の深さは、トラッキングエラー信号（プッシュプル信号）が一番大きくなる（波長／８）近傍の値に設定される。プッシュプル信号の振幅は、案内溝の深さが（波長／８）で最大になり、（波長／２０）から（波長／５）の範囲でこの最大値の１／２以上の振幅が得られる（後述する特許文献４参照）。

しかし、光ディスクのデータ記録のみならず、近似場光を様々な分野に応用する場合、波長以下のサイズの開口から生じる光すなわち近接場光が用いられる。この場合、近接場光の分布は開口径程度の範囲だけに局在し、近接場光は開口付近に位置する材料とだけ相互作用する。この原理に基づいて記録媒体への情報の記録および再生を行っているため、従来の光の回折を用いたトラッキング方法を用いることができない。

また、高速で情報の記録再生を行うために、従来、平面アレイ型プローブが提案されている（特開平１１−１９１２３８号公報（特許文献１））。これは、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たものである。

この場合、同一基板上に設けられた１つの素子（平面アレイ型プローブ）にプローブが多数個あることになり、そのため素子自体の掃引速度はそれほど高速である必要はない。碁盤目状に並んだ多数の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各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、これらの平面アレイ型プローブにおいては、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るが、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近接場光プローブ、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の製造方法が提案されている（特開２００２−３４０７７３号公報（特許文献２）。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、近接場記録方法に適した光記録再生媒体およ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、および、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、ならびに、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（特開２０００−３２２７７２号公報（特許文献３））。

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、および、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て構成され、強度を制御された照射光によって二通り以上の形状の異なる記録ビットを形成した光記録媒体が提案されている（特開２００３−３９４００号公報（特許文献４））。

特開平１１−１９１２３８号公報 特開２００２−３４０７７３号公報 特開２０００−３２２７７２号公報 特開２００３−３９４００号公報

そこで、本発明の目的は、上記従来技術をさらに改良し、近接場光を用いて記録再生する場合に、微小な案内溝に正確にトラッキング可能で、高密度、高効率かつ安定に記録再生することが可能な、また表面の磨耗に強く高信頼性で情報の記録再生が可能な光情報記録媒体（請求項１〜７）、該光情報記録媒体に光情報を記録再生する光情報記録再生装置（請求項８〜１２）、および該光情報記録再生装置における平面プローブの製造方法（請求項１３）を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために、次のような手段を有している。
ａ）請求項１記載の発明は、表面に凹凸形状のトラッキング用の案内溝を有し、光学的に情報の記録再生を行う光情報記録媒体であって、前記凹凸形状を構成する凹部もしくは凸部の少なくとも一方が、前記案内溝に直交する方向において非対称な側面の断面形状を有し、かつ該断面形状の凸部の頂上の平坦部の幅を１００ｎｍ以下にしたことを特徴としている。

ｂ）請求項２記載の発明は、前記非対称な側面の断面形状の一方の側面が直線状になっていることを特徴とし、請求項３記載の発明は、前記非対称な側面の断面形状の一方の側面が曲線状になっていることを特徴とし、さらに請求項４記載の発明は、前記曲線状の形状が２次曲線状になっていることを特徴としている。

ｃ）請求項５記載の発明は、前記光情報記録媒体において、光情報記録媒体を構成する記録層として、ＡｇＩｎＳｂＴｅを用いたことを特徴とし、請求項６記載の発明は、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し、請求項７記載の発明は、最表面にＳｉＮが形成されていることを特徴としている。

ｄ）請求項８記載の発明は、前記光情報記録媒体に、光情報を記録再生する光情報再生装置であって、窒化シリコン膜を形成した石英基板基板上に、高屈折率材料からなる突起を設けた平面プローブを備えたことを特徴とし、請求項９記載の発明は、前記平面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している。

ｅ）請求項１０記載の発明は、前記光情報記録媒体に近接して保持した平面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記録再生する光情報記録再生装置であって、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、該対物レンズを介して前記レーザービームを前記平面プローブに照射する照明光学系と、前記平面プローブで反射した反射光を受光する検出光学系を有し、前記平面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ることを特徴としている。

ｆ）請求項１１記載の発明は、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し、請求項１２記載の発明は、前記無反射コーティング層の厚さは、１００ｎｍ以上であることを特徴としている。

ｇ）請求項１３記載の発明は、前記光情報再生装置における平面プローブの製造方法であって、窒化シリコン膜を形成した石英基板基板上に、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るものであることを特徴としている。

本発明は次のような効果を有する。以下、各請求項毎の効果を記す。
ａ）請求項１から４に記載の発明によれば、凹凸形状を構成する凹部もしくは凸部の少なくとも一方が、案内溝に直交する方向において非対称な側面の断面形状（一方の側面が直線状または一方の側面が曲線状（２次曲線））を有し、該断面形状の凸部の頂上の平坦部の幅を１００ｎｍ以下にしたので、微小な案内溝に正確にトラッキング可能であり、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。

ｂ）請求項５記載の発明によれば、記録層として、ＡｇＩｎＳｂＴｅを用いたので、良好な微小記録マークを安定に形成することが可能であり、微小な案内溝に正確にトラッキング可能であり、記録媒体に情報を高効率かつ安定に記録再生することができる。

ｃ）請求項６記載の発明によれば、光情報記録媒体の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ので、表面の磨耗に強く高信頼性で情報の記録再生を行うことが可能になる。

ｄ）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が可能になる。

ｅ）請求項８および９記載の発明によれば、窒化シリコン膜を形成した石英基板基板上に、高屈折率材料からなる突起を設けた平面プローブを備え、平面プローブと光学記録媒体とが非接触状態であって、平面プローブと光学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ため、微小な案内溝に正確にトラッキング可能であり、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。

ｆ）請求項１０記載の発明によれば、平面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ため、高効率かつ安定に平面プローブにレーザービームを結合することができ、さらに、微小な案内溝に正確にトラッキング可能であり、記録媒体に情報を高効率かつ安定に記録再生することができる。

ｇ）請求項１１記載の発明によれば、無反射コーティング膜が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、記録媒体に情報を高効率かつ安定に記録再生することができる。

ｈ）請求項１２記載の発明によれば、無反射コーティング層の厚さが１００ｎｍ以上であるので、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、記録媒体に情報を高効率かつ安定に記録再生することができる。

ｉ）請求項１３記載の発明によれば、窒化シリコン膜を形成した石英基板基板上に、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て平面プローブを製造するため、微小な案内溝に正確にトラッキング可能であり、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。

本発明に係る光情報記録媒体は近接場光によって記録再生する光情報記録媒体であり、表面に凹凸形状のトラッキング用の案内溝を有し、特に、凹凸形状を構成する凹部もしくは凸部の少なくとも一方を案内溝に直交する方向において非対称な側面の断面形状にし、断面形状の凸部の頂上の平坦部の幅を１００ｎｍ以下にしたものである。

以下、本発明に係る光情報記録媒体および光情報記録再生装置の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光情報記録媒体の第１実施例の半径方向（案内溝に直交する方向、以下、媒体半径方向という）の断面形状を説明するための図である。

図１（ａ）に示すように、本実施例に係る光情報記録媒体の表面は凹凸形状で構成されている。凹凸形状は、凹部１０１，凸部１０２，および両側面１０３，１０４から形成されている。凹凸形状の凸部１０２の上面の平坦部に情報が記録される。この平坦部の幅は１００ｎｍ以下である。凸部１０２の両側面１０３および１０４は非対称な形状に形成されている（請求項１）。

本実施例では、図１（ｂ）に示すように、側面１０３はほぼ９０度に、側面１０４は凸部１０２の上面と、側面１０４の交点を原点とし、図１（ｂ）のように座標軸ｘ−ｙを設定した時、その斜面の傾きが一次方程式ｙ＝ａｘ（ａ：定数）という関係になるように形成されている（請求項２）。この凹凸構造の周期は、本発明に係る光情報記録再生装置に用いられている光源の波長より十分小さい。

図８は、本発明に係る光情報記録再生装置の一構成を示す図であり、図１に示すような光情報記録媒体に対して光情報の記録および再生を行なう。

次に、本発明に係る光情報記録再生装置を説明する。
同図に示すように、入射波長よりも十分小さい大きさを持った微小開口アレイを備えた平面プローブ８８から近接場光を光情報記録媒体８９に照射する。微小開口アレイは図６で説明するように高屈折率材料からなる突起で構成されている（請求項８）。光情報記録媒体８９には、図１に示すような形状の凹凸構造が形成されている。

平面プローブ８８は、スライダ状に形成されホルダ９０に支持され、回転する光情報記録媒体８９上を走引される。

光情報記録媒体８９は、後述するような多層構造を持っており（図７参照）、表面保護層、記録層、放熱層（反射層）を備え、表面保護層により平面プローブを備えた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８１から照射された光は、コリメータレンズ８２により平行光束に変換されビームスプリッタ８３に入射する。ビームスプリッタ８３を通過した光速は、対物レンズ８６によってスライダ部底面に形成された平面プローブ８８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。

平面プローブ８８と光情報記録媒体８９が照射光の波長より十分近接している時、発生した近接場光は光情報記録媒体８９に結合し、記録層に記録マークを形成する。

再生の場合、光情報記録媒体８９から反射する近接場光成分をスライダの底面に形成された平面プローブ８８で検出する。平面プローブ８８は１０ｎｍ程度の浮上距離で安定に制御されている（請求項９）。

検出した近接場光はプローブ部分を通して対物レンズ８６により平行光束に変換され、ビームスプリッタ８３で偏向されて、結像レンズ８４で光検出器８５上にスポットを結ぶ。この光検出器８５上の光強度の明暗により、光情報記録媒体８９上に記録された情報を再生することができる。平面プローブ８８上には、反射防止膜８７が形成されている。

図３は、プローブ８８先端からの距離ｘに対する、プローブ先端に発生している近接場光強度分布の関係を示す図である。

近接場光の開口付近の強度分布は、Exp[-kｚ]/ｚで表すことができる。ここで、ｚは開口からの距離、ｋは定数である。本実施例では開口径が５０ｎｍである。

図３に示すように、開口から離れるに従って急激に近接場光のエネルギーは減少していることがわかる。この近接場光は開口径とほぼ等しい距離に局在している。この近接場光を用いて情報の記録再生を行う場合、プローブと記録媒体は近接している必要がある。

ここで、プローブは１０ｎｍ程度の浮上距離で安定に制御可能であるため、図１において、プローブが凸部１０２のほぼ平坦な上面から媒体半径方向に動いた場合、光情報記録媒体から反射して検出される光量が変化する。すなわち、図１（ｂ）でｘ軸正方向にプローブが移動した場合に検出される媒体から反射してきた近接場光は、光情報記録媒体とプローブの距離が離れるため移動した距離に応じて急激に小さくなる。

この時、図１に示すように、ｘ軸の正の方向と負の方向とで光情報記録媒体の凸部の両側の斜面の傾きを非対称にしておくと、プローブがｘ軸の正の方向に移動するか負の方向に移動するかによって光情報記録媒体から反射してきた近接場光の変動も非対称になる。

従って、その変動の様子を検出することによってプローブがｘ軸の正の方向に移動したか負の方向に移動したかがわかり、この移動方向を示す信号をフィードバックすることにより、プローブをできるだけｘ軸の正の方向にも負の方向にも移動しないように制御することが可能となる。

図４は、この時のｘ軸に対するずれと、光情報記録媒体から反射してきた近接場光の光量の関係を示す図である。このように、光情報記録媒体から反射してきた近接場光の光量を一定にするようにプローブの移動を制御することで、媒体の所望位置にトラッキングすることが可能になる。

次に、光情報記録媒体の第２実施例を示す。
図２は、本実施例に係る光情報記録媒体の第２実施例の半径方向（案内溝に直交する方向、以下、媒体半径方向という）の断面形状を説明するための図である。
図２に示すように、本発明に係る記録媒体の表面は凹凸形状で構成されている。凹凸形状は、凹部２０１，凸部２０２，および両側面２０３，２０４から形成されている。凹凸形状の凸部２０２の上面に情報が記録される。凸部２０２の両側面は非対称な形状、すなわち、一方の側面が垂直で他方の側面が曲線に形成されている（請求項３）。

本実施例では、図１（ｂ）に示したように、側面２０３はほぼ９０度に、側面２０４は凸部２０２の上面と、側面２０４の交点を原点とし、図２（ｂ）のように座標軸を設定した時、その斜面の傾きが一次方程式ｙ＝ｂｘ^２（ｂ：定数）という関係になるように形成されている（請求項４）。

この凹凸構造の周期は、本発明の光学情報記録装置に用いられている光源の波長より十分小さい。この時も、図２（ｂ）でｘ軸正方向にプローブが移動した場合に検出される媒体から反射してきた近接場光は、光情報記録媒体とプローブの距離が離れるため移動した距離に応じて急激に小さくなる。

この時、図２に示すように、ｘ軸の正方向と負の方向で媒体凸部の両側の側面の傾きを非対称にしておくことで、図１の実施例で説明したのと同様に、凸部２０２の平坦な上面からの移動方向を判断することができ、プローブを媒体の所望位置にトラッキングすることが可能になる。

図５は、この時のｘ軸に対するずれと、光情報記録媒体から反射してきた近接場光の光量の関係を示す図である。このように、光情報記録媒体から反射してきた近接場光の光量を一定にするようにプローブの移動を制御することで、媒体の所望位置にトラッキングすることが可能になる。

次に、近接場光を発生させるプローブについて説明する。
本発明ではプローブとして、平面プローブアレイを用いている。
図６は、本発明に係る光情報記録再生装置における平面プローブの作製方法の１例を示す図である。

図６に示すように、まず、透明な基板（石英基板）４２に高屈折率材料として窒化シリコン膜４６を形成する（ａ）。この窒化シリコン膜４６はＳｉＨ_４とＮＨ_３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４６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ＳｉＯ_２をスパッタ（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、ＣＨ_４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、ＳｉＨ_４とＮ_２Ｏを原料とする熱分解ＣＶＤ法によってＳｉＯ_２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ほかの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できる。

この石英基板４２上に窒化シリコン膜４６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４３を形成する（ｂ）。この円柱状のレジストパターン４３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４３をマスクとして窒化シリコン膜４６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４２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４５を形成することができる（ｃ〜ｅ）。

また、エッチング時間を調節することにより、石英基板４２上にレジストパターン４３が無い領域の窒化シリコン膜４６を基板上に残して、石英基板４２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４５を形成することができる。このあと、基板４２の裏面にスパッタ等で反射防止膜４７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（ｆ）。

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４２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（請求項１３）。

エッチング後、レジストパターン４３を酸素プラズマによるレジストアッシングを行いレジストを除去する。この窒化シリコン突起が形成される面に、金属膜４４をスパッタにより成膜する（ｅ）。この金属膜を光の染み込み深さ以上に蒸着することで、シリコン突起から生じる近接場光以外を遮断することができる。

シリコンエッチング後、残ったレジストパターン４３を酸素プラズマによるレジストアッシングを行うことにより、レジストを除去することができる。またシリコン突起側面に付着した側壁保護膜等はＢＨＦ溶液によって除去することができる。

基板４２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。反射部材として好適な金属膜の形成は、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。

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４７が形成されている。反射防止膜４７がない場合に比べ、例えば、ＭｇＦ_２の反射防止膜４７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。

単層の反射防止膜としてはＭｇＦ_２以外にもＳｉＯ、ＣｅＦ_３なども使用可能である。従って、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（請求項１０、１２）。

また、反射防止膜４７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、ＭｇＦ_２からなる膜厚１４０ｎｍの第１の誘電体膜を形成し、第２の誘電体膜として、ＣｅＯ_２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からなる薄膜を形成した場合、反射率をほぼ０にすることが可能である（請求項１１）。

図７は、繰り返し記録が可能な相変化膜を用いた光情報記録媒体の断面形状の一例を示す図である。

図７において、基板７０１１の材質はポリカーボネートである。基板上に積層構成の記録薄膜が存在する。７０１２は放熱層であるＡlＴi薄膜であり、膜厚は５０ｎｍである。７０１３は下部誘電体層であるＺnＳ・ＳiＯ_２であり、膜厚は２０ｎｍである。

７０１４は記録層であるＡgＩnＳbＴeであり、膜厚は１５ｎｍである（請求項５）。７０１５は上部誘電体層であるＺnＳ・ＳiＯ_２であり、膜厚は１０ｎｍである。７０１６は保護層であるＳiＮであり、膜厚は３０ｎｍである（請求項７）。基板表面にはスパイラル状に案内溝が設けてある。

このような光情報記録媒体は、精密研磨されたガラス基板の表面に、スピンコート法により、フォトレジストを０．２５μｍの膜厚で塗布する。その後、９０℃のベーキングにより、レジストを硬化させる。次に、電子ビームを、フォトレジスト上に照射して、スパイラル状に所望のピッチで所定箇所を露光する。

次に、アルカリ溶液を用いてフォトレジストを現像し、露光部分を除去する。以上の処理で、ガラス基板表面には、高さ０．２５μｍのフォトレジストの矩形の凸パターンが形成できる。レジストパターンを形成した後に、再びベーキングを行う。ベーキング温度は１８０℃とする。ここでのベーキングは、レジストをリフローさせることを目的としている。

リフローにより、矩形のレジストパターンが半円形状に変形する。半円の曲率半径は、レジストの膜厚とベーキング条件で制御する。以上の方法で、レジストパターンをガラス基板上に形成し、記録再生媒体製造用の原盤とする。その後、スパッタリング法により、ニッケル薄膜を例えば１００ｎｍの膜厚で形成する。この導電膜を電極として、電解メッキ法によりニッケルを所定の厚さに形成する。その後、ニッケルをガラス基板から剥離して、スタンパーが得られる。

次に、このスタンパーを射出成形用の金型として、ポリカーボネート樹脂を成形する。以上の方法で、凹凸形状が表面に存在する、厚さ０．６ｍｍのポリカーボネート基板を形成することができる。

次に、スパッタリング法によって、反射層および放熱層（７０１２）であるＡｌＴｉ薄膜を５０ｎｍ、下部誘電体層（７０１３）であるＺｎＳ・ＳｉＯ_２薄膜を２０ｎｍ、記録層（７０１４）であるＡｇＩｎＳｂＴｅ薄膜を１５ｎｍ、上部誘電体層（７０１５）であるＺｎＳ・ＳｉＯ_２薄膜を１０ｎｍ、表面保護層（７０１６）であるＳｉＮ薄膜を２０ｎｍを順次成膜し、光情報記録媒体８９を構成することができる。

露光形状の制御は、積層させたレジストの各々の露光しきい値および膜厚、さらに電子ビームの露光条件を調整することにより行う。

表面保護膜としてはダイヤモンドライクカーボンも使用可能であり、この場合もスパッタリング、イオンビームスパッタリングやＣＶＤ法などの成膜装置で可能である（請求項６）。

本発明に係る光情報記録媒体の第１実施例の半径方向の断面形状を説明するための図である。 本発明に係る光情報記録媒体の第２実施例の半径方向の断面形状を説明するための図である。 プローブ先端からの距離ｘに対する、プローブ先端に発生している近接場光強度分布の関係を示す図である。 第１実施例におけるｘ軸に対するトラッキングのずれと、光情報記録媒体から反射してきた近接場光の光量の関係を示す図である。 第２実施例におけるｘ軸に対するトラッキングのずれと、光情報記録媒体から反射してきた近接場光の光量の関係を示す図である。 本発明に係る光情報記録再生装置における平面プローブの作製方法の１例を示す図である。 繰り返し記録が可能な相変化膜を用いた光情報記録媒体の断面形状の一例を示す図である。 本発明に係る光情報記録再生装置の一構成を示す図である。

符号の説明

１０１，２０１：凹部
１０２．２０２：凸部
１０３，１０４，２０３，２０４：側面
４２：基板（石英基板、透明基板）
４３：レジストパターン
４４： 金属膜
４５：近接場光学プローブ
４６：窒化シリコン膜
４７：反射防止膜（単層または多層）
７０１１：基板（ポリカーボネート）
７０１２：放熱層（ＡlＴi薄膜）
７０１３：下部誘電体層（ＺnＳ・ＳiＯ_２）
７０１４：記録層（ＡgＩnＳbＴe）
７０１５：上部誘電体層（ＺnＳ・ＳiＯ_２）
７０１６：保護層（ＳiＮ）
８１：半導体レーザ
８２：コリメータレンズ
８３：ビームスプリッタ
８４：結像レンズ
８５：光検出器
８６：対物レンズ
８７：反射防止膜
８８：平面プローブ
８９：光情報記録媒体
９０：ホルダ

Claims (13)

1. 表面に凹凸形状のトラッキング用の案内溝を有し、光学的に情報の記録再生を行う光情報記録媒体であって、前記凹凸形状を構成する凹部もしくは凸部の少なくとも一方が、前記案内溝に直交する方向において非対称な側面の断面形状を有し、かつ該断面形状の凸部の頂上の平坦部の幅を１００ｎｍ以下にしたことを特徴とする光情報記録媒体。
2. 請求項１記載の光情報記録媒体において、前記非対称な側面の断面形状の一方の側面が直線状になっていることを特徴とする光情報記録媒体。
3. 請求項１記載の光情報記録媒体において、前記非対称な側面の断面形状の一方の側面が曲線状になっていることを特徴とする光情報記録媒体。
4. 請求項３記載の光情報記録媒体において、前記曲線状の形状が２次曲線状になっていることを特徴とする光情報記録媒体。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の光情報記録媒体において、
   光情報記録媒体を構成する記録層として、ＡｇＩｎＳｂＴｅを用いたことを特徴とする光情報記録媒体。
6. 請求項１から５の何れか１項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。
7. 請求項１から５の何れか１項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。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の光情報記録媒体に、光情報を記録再生する光情報再生装置であって、
   窒化シリコン膜を形成した石英基板基板上に、高屈折率材料からなる突起を設けた平面プローブを備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
9. 請求項８記載の光情報記録再生装置において、
   前記平面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情報記録再生装置。
10. 請求項１から７の何れか１項に記載の光情報記録媒体に近接して保持した平面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記録再生する光情報記録再生装置であって、
    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、該対物レンズを介して前記レーザービームを前記平面プローブに照射する照明光学系と、前記平面プローブで反射した反射光を受光する検出光学系を有し、前記平面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ることを特徴とする光情報記録再生装置。
11. 請求項１０記載の光情報記録再生装置において、
    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情報記録再生装置。
12. 請求項１０または１１記載の光情報記録再生装置において、
    前記無反射コーティング層の厚さは、１００ｎｍ以上であることを特徴とする光情報記録再生装置。
13. 請求項８から１２の何れか１項に記載の光情報再生装置における平面プローブの製造方法であって、
    窒化シリコン膜を形成した石英基板基板上に、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ることを特徴とする光情報記録再生装置における平面プローブの製造方法。

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