JP2008140453A - 光情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】光を効率よく利用し、高品質に情報を記録再生できる光情報記録媒体を提供すること
【解決手段】平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下のサイズの微細構造１２を備えた光情報記録媒体１１において、前記微細構造１２は金属層、記録層からなる積層構造を有し、前記記録層がＣｏ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層からなる光情報記録媒体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光の波長以下のサイズの微細構造を備えた光情報記録媒体に関するものである。

近年、オーディオやビデオ動画像（motion picture）ファイルやテキストファイルなどのような多様なタイプの情報が組み合わされたマルチメディア時代への進展に伴い、大容量の情報を迅速に処理し格納する大容量の情報を記録する記録媒体が必要になっている。また、今後、更に普及されると予想される高鮮明（high-definition）動画像とＶＯＤ（Video-On-Demand）のような双方向性画像通信が実現されると、情報記録媒体の容量はさらに増大される。

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、この情報の記録再生方法の一つとして、光を用いて記録媒体に記録し再生する方法がある。光を用いた記録の方法の代表的な例としては、特定の高分子材料に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もちいるものや、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。

これらの方法は、記録や再生をするとき、レーザー光をレンズ光学系で集光して記録媒体に照射する方法であり、レーザー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、レーザー光のスポットの大きさを小さくすればするほど、光記録媒体に多くの情報を記録することができ、高記録密度を達成することができる。ここで、レーザー光のスポットの大きさをｄとし、レーザー光の波長をλとし、レンズの開口数をＮＡとすると、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。したがって、レーザー光の波長λが短く、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する。しかし、レンズの開口数ＮＡを増加させて低減可能なレーザー光のスポットの大きさは、該レーザー光の波長λ程度までである。また、レーザー光の波長λを短くするため、例えば、現在、ＤＶＤの光源として用いられる赤色半導体レーザー（〜６６０ｎｍ）に代わって、青色半導体レーザー（〜４００ｎｍ）を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、赤色半導体レーザーを用いた場合の記録媒体の情報量に比べて、約２．５倍向上させることができる。しかし、レーザー光の波長λをさらに短くし、紫外、真空紫外、Ｘ線を使用するとなると、既存のレンズやミラーの光学材料を使用できなくなるという問題がある。また、実用的な既存のレーザーもない。したがって、従来の手法による記録密度の向上は２０〜３０Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２が限界になると予想され、記録密度を向上させるとき、光の回折限界に伴う制約が避けられなかった。

そこで、このような、光の回折限界による記録、再生の限界に対する解決策の１つとして、近接場光を用いた光方式が提案されている。近接場光を用いた光方式は、例えば光の波長より十分小さな開口から漏れ出た光を利用する。このような微小開口による近接場光のサイズは、光の波長にはよらず、開口寸法とほぼ同じくらいしか横方向の広がりを持たず、開口と同程度以上に染み出すことがない。従って、光の回折限界を超えた高記録密度が得られる。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て、記録媒体への情報の記録及び再生を行うことが出来る。しかしながら、伝播光に比べ近接場光は非常に強度が弱いため、効果的に近接場光を発生させる方法や検出する方法について模索されている。また、近接場光による記録再生に適した光情報記録媒体も模索されている。

光の回折限界よる記録密度限界の他に、記録マークを縮小すると磁気記録材料は熱的不安定性により、記録が自然消滅するという課題がある。熱的安定性を保証するには、室温でより保持力の大きい磁気記録材料を選択すれば良い。しかし、保持力が大きすぎると、既存の磁気ヘッドでは記録できなくなる。それを解決する手段として、光記録技術と磁気記録技術を結合したハイブリッド記録技術が提案されている。記録時に、印可磁界発生とともに媒体を加熱して、媒体保持力を低減させることにより、従来の磁気ヘッドでは記録磁界強度が不足して記録が困難であった高保持力の媒体も記録が容易になる。例えば、ＴｂＦｅＣｏ非晶質材料では、室温での保持力Ｈｃは８−２０ｋＯｅ以上と高いが、キュリー点記録時の温度２５０℃付近での記録用磁界は２００Ｏｅと低くなる。再生は、従来の磁気記録で用いられているＭＲ（磁気抵抗効果型）ヘッドを用いる。以上の記録方法を熱アシスト光磁気記録と呼ぶ。

特開２００３−４５００４（特許文献１）では、近接場光を用いた光アシスト磁気記録装置が提案されている。浮上スライダの後端面に、半導体レーザーからのレーザー光を出射する光導波路と、磁気抵抗センサと、薄膜磁気トランスデューサとを集積し、光導波路の出射端に近接場光を微小化するための開口を有する金属膜が配置された光アシスト磁気ヘッドを用い、微小化された開口から照射される近接場光により、磁気記録層の加熱部分の微小化が可能となり、その加熱により抗磁力の低下した部分のみ磁極からの漏れ磁界により記録する。

また、特開平６−１３９６２０（特許文献２）では、近接場光を用いた光磁気記録媒体の再生信号の検出方法として、記録層の屈折率の変化を利用する方法が開示されている。屈折率の変化を、反射光の光量の変化として検出する。また、別の光磁気記録媒体の再生信号の検出方法として、磁気カー効果を用いる方法も開示されている。磁気カー効果とは磁石の極に直線偏光を入射させた時、反射光が入射直線偏光からわずかに回転する現象である。またその回転方向は磁石の極性に応じて変わる。再生信号の検出は、記録層の反射光のＳ偏向成分とＰ偏向成分の変化を、検光子を通して光強度の強弱に変換して検出する。

近接場光を用いた記録再生に適した光記録情報媒体としては、平板上の基板と、該基板上に光の波長以下のサイズの微細構造を形成した微細構造と、該微細構造層の上部に形成された記録層を備えた光情報記録媒体が特許３８４２１６２（特許文献３）に提案されている。近接場においては、プローブ先端に設けられた微小開口の大きさと、光情報記録媒体表面に設けた微細構造の大きさには共鳴関係があるため、微細構造の大きさをプローブの微少開口の開口寸法と等しく形成することにより、近接場光をより高効率で光情報記録媒体の記録層に結合させることが可能となる。ここで、光情報記録媒体の微細構造は実際の凹凸でも、屈折率がある間隔で変化しているもの、あるいは吸収率がある間隔で変化している構造などでもよい。

また、特開２００６−３０２４５４（特許文献４）には、近接場光を用いた記録再生に適した光記録情報媒体として、平板上の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下の大きさの微細構造を備え、波長以下の大きさの微小開口を備えたプローブで前記微細構造に情報が記録される光情報記録媒体において、前記微細構造は、少なくとも記録層と金属層を有する積層構造からなることを特徴とする光情報記録媒体が提案されている。金属層でプラズモンを発生することにより、近接場光は高効率で微細構造に結合することができる。金属層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後、その直下の記録層に転写される。記録層は結合した近接場光を吸収し発熱する。記録層が相変化材料であれば、結合した近接場光による発熱により、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、記録層が光磁気材料であれば、近接場光の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。上記構成は、プラズモンを利用しているため、光のエネルギーを効率良く熱に変換することができる。また、前記金属層上に誘電体層を有する微細構造を備えた光情報記録媒体も提案されている。誘電体層を備えた積層構造とすることで、微細構造の中心付近に光を集中させることが可能となり、より良好かつ高密度に情報を記録再生することができる。また、前記誘電体層の厚みを微細構造の先端平面の大きさより薄くすることで、光記録層に良好な光分布形状でかつ高効率に近接場光を結合することができる。また、前記記録層の材料としては、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、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ_４、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が開示されている。
特開２００３−４５００４号公報 特開平６−１３９６２０号公報 特許３８４２１６２号公報 特開２００６−３０２４５４号公報

しかしながら、特許文献４に開示された記録層の材料を用いた光情報記録媒体においては、近接場光の強度が従来の伝播光に比較して弱いため、高品質な記録再生に必要な光の強度を得られないという問題がある。

また、Ｓｉ、Ｇｅ，ＧａＡｓ等の半導体材料、ＢｉＴｅ、ＢｉＩｎ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＴｅ、ＳｎＳｎなどの低融点金属を含む金属間化合物、Ｃ、ＳｉＣなどの炭化物材料、ＡｌＮなどの窒化物材料は破壊靱性が低いため、プローブと光情報記録媒体の接触が起きると、破損する恐れがある。

また、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ_４、ＣｕＯなどの酸化物材料、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は熱伝導率が低いため、金属層で発生した熱を速やかに吸収できず、光の利用効率が悪いという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光を効率よく利用し、高品質に情報を記録再生できる光情報記録媒体を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の光情報記録媒体は、平板状の基板と、該基板上に形成された記録光の波長以下のサイズの微細構造を備えた光情報記録媒体において、前記微細構造は金属層、記録層からなる積層構造を有し、前記記録層がＣｏ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層からなるように構成される。

記録層は、Ｃｏ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層からなるように構成されているので、その熱伝導率が高く、金属層で発生した熱を速やかに吸収し熱を効率良く利用することができ、かつ記録層の温度分布を均一にできる。したがって良質な記録再生が可能となる。また、記録層は、延性が高く衝撃に強い。また、ＴｂＦｅＣｏ層、ＮｅＦｅＢ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層は光アシスト磁気記録に必要な温度が２００〜５００℃程度と低いので、強度の弱い近接場光であっても良質な記録が可能である。また、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層は、Ｐｔがプラズモンを励起できるため、光の利用効率を向上できる。ＴｂＦｅＣｏ非晶質層は、結晶粒界に起因するようなノイズが少ないので、記録再生の品質を向上することができる。また、垂直磁化が大きく磁気カー回転角が大きいので、良質な再生信号を得られる。

また、前記目的を達成するために本発明の光情報記録媒体は、平板状の基板と、該基板上に形成された光の波長以下のサイズの微細構造を備えた光情報記録媒体であって、前記微細構造は誘電体層、金属層、記録層からなる積層構造を有し、前記記録層はＣｏ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層からなるように構成される。

このように誘電体層を備えた積層構造とすることで、微細構造の中心付近に光を集中させることが可能となり、より良好かつ高密度に情報を記録再生することができる。

また、前記目的を達成するために、前記誘電体層の厚みは、前記微細構造の先端平面の大きさよりも薄く構成される。
このように、誘電体層の厚みを微細構造の先端平面の大きさよりも十分薄くすることにより、記録層に良好な光分布形状でかつ高効率に近接場光を結合することができる。

また、前記目的を達成するために、前記光情報記録媒体は、前記基板と前記微細構造の間に断熱層を有する構成とすることができる。

このように、基板と微細構造の間に断熱層を有する構成とすることにより、断熱層が微細構造で発生した熱の散逸を防ぎ、熱を効率よく利用することができる。

また、前記目的を達成するために、前記断熱層は、ＺｎＳＳｉＯ_２とすることができる。

また、前記目的を達成するために、前記基板は、ＺｎＳＳｉＯ_２とすることができる。

また、前記目的を達成するために、前記金属層は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、又はＣｕとすることができる。

このように、金属層をＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、又はＣｕとすることにより、プラズモンを発生させ、近接場光を高効率で金属微細構造に結合することができる。

また、前記目的を達成するために、前記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又はＳｉＮを形成することができる。

このように、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又はＳｉＮを形成することにより、表面の摩耗に強く高信頼性で情報の記録、再生を行うことが可能となる。

本発明によれば、光を効率よく利用し、高品質に情報を記録再生できる光情報記録媒体を提供することができる。

以下、本発明に係る光情報記録媒体について図示の実施例に基づ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微細構造と、近接場光を用いるプローブの概要を示す概略要部斜視図である。図１に示すように、本実施例では、入射波長よりも十分小さいサイズの微小開口１３ａを備えたプローブ１３の先端から近接場光を発生させ、光情報記録媒体１１に照射する。光情報記録媒体１１の基板上には、プローブ１３の微小開口１３ａとほぼ同じ大きさを持った微細構造１２が形成されている。この微細構造１２に、プローブ１３の先端から近接場光を照射することにより、微細構造１２の温度が上昇する。温度が上昇し抗磁力が低下した微細構造１２に、磁気ヘッド１４により磁場を印可すると、磁化状態が変化する。この磁化状態の変化により、光情報記録媒体１１に情報を記録することが可能である。再生は、プローブ１３の先端から近接場光を微細構造１２に照射し、その反射光又は透過光の光量の変化を検出して行う。また、同様に近接場光を微細構造１２に照射し、反射光の偏向状態の変化を検出して行うこともできる。さらに、微細構造１２に記録された磁化を、図示しない再生磁気ヘッドにより検出して行うことも可能である。

図２に本発明の光学情報処理装置の構成例を示す。図２の光学情報処理装置は、光情報記録媒体１１にレーザー光を出射する光源２１と、光学系Ａと、磁気ヘッド１４とから構成される。また、図２の光学系Ａは、コリメータレンズ２２と、ビームスプリッタ２３と、検光子２４と、結像レンズ２５と、光検出器２６と、対物レンズ２７と、平面型プローブ２８とから構成される。

この平面型プローブ２８は、基板２９と、基板２９の底面に突起形状で形成されている近接場光用のプローブ１３とから構成される。この突起形状のプローブ１３は一次元あるいは二次元のアレイ状に形成することが可能であり、アレイ化されたプローブからは、逐次的あるいは並列的に情報を記録再生可能である。このプローブ１３あるいはアレイ状にしたプローブ部を基板２９の底面に形成した平面型プローブ２８はスライダ状にホルダ３０に支持されて、移動または回転する光情報記録媒体１１上を走引される。

図２において、光源である半導体レーザー２１から照射されたレーザー光はコリメータレンズ２２により平行光束に変換されビームスプリッタ２３に入射する。ビームスプリッタ２３を通過した光束は対物レンズ２７によって平面型プローブ２８の基板２９底面に形成されたプローブ１３にスポットを結像し、プローブ１３の突起先端部より近接場光を発生させる。発生した近接場光は光情報記録媒体１１に形成された微細構造１２に結合し、微細構造１２の温度が上昇する。温度が上昇し抗磁力が低下した微細構造１２に、磁気ヘッド１４により磁場を印可すると、微細構造１２の磁化状態が変化する。再生の場合、光情報記録媒体１１から反射する近接場光成分を、平面型プローブ２８の基板２９底面に形成されたプローブ１３で検出する。検出した近接場光はプローブ部分を通して対物レンズ２７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、検光子２４を追加し、結像レンズ２５で光検出器２６上にスポットを結ぶ。この光検出器上の光強度の明暗により、光情報記録媒体１１上に記録された情報を再生することができる。

また、図２の光学系Ａの構成に代えて、図３の光学系Ｂ１と光学系Ｂ２とからなる光学系Ｂの構成とすることにより、光情報記録媒体の反射光を検出して情報を再生する代わりに、光情報記録媒体の透過光を検出して情報を再生することができる。図３の光学系Ｂは、図２の光学系Ａと異なり、ビームスプリッタ２３が不要である。図３の光情報再生記録装置は、平面型プローブ２８のプローブ１３で発生した近接場光を光情報記録媒体１１に照射し、光情報記録媒体１１を透過した光を結像レンズ２５で光検出器２６上に記録媒体表面の近接場光を照射した部分の光を結像し検出する。そして、この光検出器２６上の光強度の明暗により、記録媒体上に記録された情報を再生することができる。

本発明においては、光情報記録媒体１１の基板表面に、例えば図１に示すような円柱形状の微細構造１２を形成することにより、微少開口１３ａと有するプローブ１３から、高効率に近接場光を利用することが可能である。

次に図１に示した光情報記録媒体１１の微細構造１２の一例を図４に示す。この図４は、図１に示した光情報記録媒体の微細構造１２の部分を拡大して示す概略要部斜視図である。ここで微細構造の先端平面の大きさをＳとすると、微細構造の先端平面の大きさＳは、光の波長以下の大きさであり、例えばその直径は３０ｎｍである。図中の符号４４は基板上に形成された断熱層であり、ガラスもしくはイオンをドープした高屈折率ガラス、ＳｉＯ_２、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、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２などのフッ素化合物材料、ＺｎＳＳｉＯ_２などから構成され、特にＺｎＳＳｉＯ_２が有効である。そして、この断熱層４４の上に、記録層４３、金属層４２、誘電体層４１が積層されている。断熱層４４を基板と微細構造の間に設けることによって、微細構造で発生した熱の散逸を防ぎ、熱を効率良く利用することができる。また、基板をＺｎＳＳｉＯ_２とすることにより、さらに熱を効率良く利用することができる。

記録層４３としては、Ｃｏ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、Ｔｂ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層を用いる。尚、ＣｏＣｒは、ＣｏＣｒを複数積層したものを含む。
これらの記録層は熱伝導率が高いため、金属層で発生した熱を速やかに吸収し熱を効率良く利用することができ、かつ記録層の温度分布を均一にできる。したがって良質な記録再生が可能となる。また、記録層は、延性が高く衝撃に強い。また、ＴｂＦｅＣｏ層、ＮｅＦｅＢ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層は光アシスト磁気記録に必要な温度が２００〜５００℃程度と低いので、強度の弱い近接場光であっても良質な記録が可能である。また、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層は、Ｐｔがプラズモンを励起できるため、光の利用効率を向上できる。ＴｂＦｅＣｏ非晶質層は、結晶粒界に起因するようなノイズが少ないので、記録再生の品質を向上することができる。また、垂直磁化が大きく磁気カー回転角が大きいので、良質な再生信号を得られる。

金属層４２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できる。

図１、図２又は図３に示すようなプローブ１３から照射された近接場光が、金属層４２にプラズモンを励起すると、近接場光は高効率で微細構造１２に結合することができる。金属層４２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後、その直下の記録層４３に転写される。記録層４３は転写された近接場光を吸収し発熱する。また、金属層４２はプラズモン共鳴により発熱し、その熱は記録層４３に伝導する。したがって、微細構造１２は、近接場光の照射により温度が上昇し、抗磁力が低下するので、磁界を印加することにより情報を記録できる。上記構成は、プラズモンを利用しているため、光のエネルギーを効率良く熱に変換することができる。

誘電体層４１としては、ガラスもしくはイオンをドープした高屈折率ガラス、ＳｉＯ_２、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、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２などのフッ素化合物材料、ＺｎＳＳｉＯ_２などを用いることができ、特にＺｎＳＳｉＯ_２が有効である。

誘電体層４１は、金属層４２で生じるプラズモンによって増強された近接場光の微細構造内での空間分布を良好にするために形成されている。微細構造に誘電体層４１が無い場合には、入射偏光に直交した微細構造のエッジ部分に近接場光の強い部分が分布するが、誘電体層４１があることにより、微細構造の中心付近に強度の強い部分が位置する単一ピークを有する形状になり、より狭い範囲に近接場光を集中させることが可能になる。このため、誘電体層４１を有する積層構造により、良好かつ高密度に情報を記録再生することができる。また、誘電体層４１の厚みを微細構造１２の先端平面の大きさＳよりも十分薄くすることにより、記録層４３に良好な光分布形状でかつ高効率に近接場光を結合することができる。

ところで、図１〜３に示すような近接場光を用いる光学情報処理装置においては、微小開口１３ａを有するプローブ１３の先端部に設けられた開口半径の大きさと、近接場光を照射される光情報記録媒体１１の微細構造１２の先端平面の大きさがほぼ同じ時に、開口先端から記録媒体に結合する光強度は最大になる。したがって記録媒体１１上の微細構造１２の先端平面の大きさをプローブ１３の開口半径と同程度とすることにより、高効率で光を利用することができる。なお、光情報記録媒体の微細構造１２は、実際の凹凸でも、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１１の微細構造１２は、例えば以下に述べるような方法で作成可能である。

光情報記録媒体の作製方法の一例としては、図５（ａ）に示すように、ガラス基板５１の表面全体に断熱層５２を形成する。次に図５（ｂ）に示すように、その表面に記録層５３、金属層５４、レジスト層５５を積層形成する。次に図５（ｃ）に示すように、レジスト層５５に凹凸を形成する。さらに、図５（ｄ）に示すように、金属層５４、記録層５３、断熱層５２をエッチングする。この状態で図５（ｅ）に示すように、レジスト５５を除去することにより、断熱層５２、記録層５３、金属層５４を有する積層構造の微細構造が形成された光情報記録媒体５６を作成することができる。なお、上記の積層工程において、金属層５４の上にさらに誘電体層を積層してもよい。

より具体的に述べると、まずガラス基板５１の表面全体にＲＦスパッタリング法により断熱層としてＺｎＳＳｉＯ_２を形成する。次に、記録層５３であるＣｏを１５ｎｍの厚みで形成する。ここで記録層５３は、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層であってもよい。次に、スパッタリング蒸着により金属層５４としてＡｇを１０ｎｍ成膜する。金属層５４は、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、又はＣｕであってもよい。次に、５０nm厚のレジスト５５を塗布した後、Niスタンパを用い、ナノインプリント法で凹凸形状を形成する。Ｎｉスタンパは、例えばＥＢリソグラフィによりピッチ６０ｎｍ、ドット径３０ｎｍのパターンが全面に印刷されたものを使用する。次に、酸素ガスを用いた１００Wの酸素RIEでインプリント残渣を除去する。次に、Ａｒイオンミリングにより金属層５４、記録層５３、断熱層５２をエッチングし、レジスト層５５を剥離することにより、光情報記録媒体５６を形成できる。

また、光情報記録媒体の作成方法の別の例としては、図６（ａ）に示すように、ガラス基板６１の表面全体に断熱層６２を形成する。次に図６（ｂ）に示すように、その表面に記録層６３、金属層６４、カーボン層６５、レジスト層６６を積層形成する。次に図６（ｃ）に示すように、レジスト層６６に凹凸を形成する。次に、図６（ｄ）に示すように、カーボン層６５をエッチングした後、図６（ｅ）に示すように、金属層６４、記録層６３、断熱層６２をエッチングする。この状態で図６（ｆ）に示すように、レジスト層６６、カーボン層６５を除去することにより、断熱層６２、記録層６３、金属層６４を有する積層構造の微細構造が形成された光情報記録媒体６７を作成することができる。なお、上記の積層工程において、金属層６４の上にさらに誘電体層を積層してもよい。

より具体的に述べると、まずガラス基板６１の表面全体にＲＦスパッタリング法により断熱層６２としてＺｎＳＳｉＯ_２を形成する。次に、記録層６３であるＣｏを１５ｎｍの厚みで形成する。ここで記録層６３は、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層であってもよい。次に、スパッタリング蒸着により金属層６４としてＡｇを１０ｎｍ成膜する。金属層６４は、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、又はＣｕであってもよい。次に、カーボン層６５をＣＶＤ法で２０ｎｍ形成する。次に、５０nm厚のレジスト層６６を塗布した後、Niスタンパを用い、ナノインプリント法で凹凸形状を形成する。Ｎｉスタンパは、例えばＥＢリソグラフィによりピッチ６０ｎｍ、ドット径３０ｎｍのパターンが全面に印刷されたものを使用する。次に、酸素ガスを用いた１００Wの酸素RIEでインプリント残渣を除去した後、酸素ガスを用いた２００Ｗの酸素RIEでカーボン層６５をエッチングし、カーボンハードマスクを形成する。次に、Ａｒイオンミリングにより金属層６４、記録層６３、断熱層６２をエッチングした後、レジスト層６６を剥離し、カーボン層６５を酸素プラズマで除去することにより、光情報記録媒体６７を形成できる。

また、光情報記録媒体の作製方法の別の例としては、図７（ａ）に示すように、平板状のガラス基板７１の表面全面にイオンを注入し、断熱層７２を形成する。次に図７（ｂ）に示すように、その表面にレジスト層７３により円柱形状の凹凸を形成した後、図７（ｃ）に示すように、レジスト層７３を後退させながらガラス基板７１の断熱層７２をエッチングしてガラス基板表面に微細構造の断熱層７２の凹凸を形成する。さらに図７（ｄ）に示すように、レジスト層７３を残した状態で、表面全体に記録層７４、金属層７５、誘電体層７６を積層形成する。この状態で図７（ｅ）に示すように、レジスト層７３を除去することにより、断熱層７２、記録層７４、金属層７５、誘電体層７６を有する積層構造の微細構造が形成された光情報記録媒体７７を作製することができる。

また、光情報記録媒体の作製方法の別の例としては、図８（ａ）に示すように、ガラス基板８１の表面全面にイオンを注入し、断熱層８２を形成する。次に図８（ｂ）に示すように、その表面にレジスト層８３により円柱形状の凹凸を形成した後、図８（ｃ）に示すように、レジスト層８３を後退させながらガラス基板８１の断熱層８２をエッチングしてガラス基板表面に微細構造の断熱層８２の凹凸を形成する。次にレジスト層８３を除去した後、図８（ｄ）に示すように、基板表面全体に記録層８４、金属層８５、誘電体層８６を積層形成することにより、断熱層８２、記録層８４、金属層８５、誘電体層８６を有する積層構造の微細構造が形成された光情報記録媒体８７を作製することができる。また、図８（ｄ）の光情報記録媒体８７では表面に上記積層構造の突起が形成されるが、この状態から表面を研磨することで突起部分を除去すれば、図７（ｅ）と同様な、表面が平面な光情報記録媒体を作製することができる。

光情報記録媒体１１の最表面はプローブ１３と波長以下の距離に近づいて高速に走引するため、微細構造１２の摩耗を防ぐための保護層が必要である。近接場光の強度はプローブ１３の開口付近から指数関数的に減少するため、保護層は厚みが薄く、光の吸収がほとんどないダイヤモンドライクカーボン又はＳｉＮで構成される。該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、又はＣＶＤ法などの成膜装置で可能である。

近接場光を微細構造１２に照射したときの温度分布の熱計算を行った。近接場光の光軸は、プローブ１３の中心軸および微細構造１２の中心軸と一致するとし、プローブ１３と微細構造１２との距離が５ｎｍであるときの各層の温度上昇を計算した。なお、プローブの微少開口１３ａの直径は３０ｎｍ、微細構造１２の直径は３０ｎｍとした。

実施例１の微細構造１２は、金属層４２としてＡｇ（膜厚１０ｎｍ）、記録層４３としてＣｏ（膜厚１５ｎｍ）、断熱層４４としてＺｎＳＳｉＯ_２（膜厚２０ｎｍ）から構成される。ここで、レーザー光の照射強度は、記録層Ｃｏの温度が光磁気記録可能な温度である約１１２０℃まで上昇するよう設定した。熱計算の結果を図９に示す。図９に示すように、金属層４２と記録層４３との間に温度差がなかったことから、金属層４２で発生した熱は記録層４３に速やかに伝導したことが分かる。また、図９に示すように、記録層４３内部の温度分布を均一にできたことが分かる。また、図９に示すように、断熱層４４内部で急激な温度傾斜を示したことから、金属層４２および記録層４３で発生した熱を効率よく利用できることが分かる。したがって、本実施例１の微細構造を備えた光情報記録媒体は、光を効率よく利用し、高品質に情報を記録再生できることが分かった。

実施例２の微細構造１２は、金属層４２としてＡｇ（膜厚１０ｎｍ）、記録層４３としてＮｉ（膜厚１５ｎｍ）、断熱層４４としてＺｎＳＳｉＯ_２（膜厚２０ｎｍ）から構成される。ここで、レーザー光の照射強度は、記録層Ｎｉの温度が光磁気記録可能な温度である約３６０℃まで上昇するよう設定した。熱計算の結果を図１０に示す。図１０に示すように、断熱層４４内部で急激な温度傾斜を示したことから、金属層４２および記録層４３で発生した熱を効率よく利用できることが分かる。したがって、本実施例２の微細構造を備えた光情報記録媒体は、光を効率よく利用し、高品質に情報を記録再生できることが分かった。

本発明に係る光情報記録媒体の微細構造と、近接場光を用いるプローブの概要を示す概略要部斜視図である。 本発明の一実施例を示す光学情報処理装置の概略構成図である。 本発明の別の実施例を示す光学情報処理装置の概略構成図である。 図１に示す光情報記録媒体の微細構造の一実施例を示す概略要部斜視図である。 光情報記録媒体の微細構造の作製工程の一実施例を示す工程説明図である。 光情報記録媒体の微細構造の作製工程の別の実施例を示す工程説明図である。 光情報記録媒体の微細構造の作製工程の別の実施例を示す工程説明図である。 光情報記録媒体の微細構造の作製工程の別の実施例を示す工程説明図である。 本発明の微細構造の一実施例の温度分布を示す図である。 本発明の微細構造の別の実施例の温度分布を示す図である。

符号の説明

１１ 光情報記録媒体
１２ 微細構造
１３ 突起形状のプローブ
１３ａ 微小開口
１４ 磁気ヘッド
２１ 半導体レーザー（ＬＤ）
２２ コリメータレンズ
２３ ビームスプリッタ
２４ 検光子
２５ 結像レンズ
２６ 光検出器
２７ 対物レンズ
２８ 平面型プローブ
２９ 平面基板
３０ ホルダ
４１、７６、８６ 誘電体層
４２、５４、６４、７５、８５ 金属層
４３、５３、６３、７４、８４ 記録層
４４、５２、６２、７２、８２ 断熱層
５１、６１、７１、８１ 基板
５５、６６、７３、８３ レジスト
６５ カーボン層

Claims (9)

1. 平板状の基板と、該基板上に形成された光の波長以下のサイズの微細構造を備えた光情報記録媒体において、
   前記微細構造は、金属層、記録層からなる積層構造を有し、
   前記記録層がＣｏ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層からな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た光の波長以下のサイズの微細構造を備えた光情報記録媒体において、
   前記微細構造は、誘電体層、金属層、記録層からなる積層構造を有し、
   前記記録層がＣｏ層、Ｎｉ層、ＦｅＰｔ層、ＳｍＣｏ層、ＮｄＦｅＢ層、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔとを積層した層、又はＣｏＣｒとＰｄとを積層した層からなることを特徴とする光情報記録媒体。
3. 前記誘電体層の厚みは、前記微細構造の先端平面の大きさよりも薄いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光情報記録媒体。
4. 請求項１〜３いずれか一項に記載の光情報記録媒体であって、
   前記基板と前記微細構造との間に断熱層を有することを特徴とする光情報記録媒体。
5. 前記断熱層は、ＺｎＳＳｉＯ_２からなることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の光情報記録媒体。
6. 前記基板は、ＺｎＳＳｉＯ_２からなることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の光情報記録媒体。
7. 前記金属層は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、又はＣｕからなることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の光情報記録媒体。
8. 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ことを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の光情報記録媒体。
9. 光情報記録媒体の最表面にＳｉＮが形成されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の光情報記録媒体。

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