JP2010517202A - 超解像近接場効果を与えるマスク層を備える光学記憶媒体、および各製造方法 - Google Patents

Abstract

光学記憶媒体（１）であって、特に読み取り専用の光学ディスクであり、基板層（２）と、ピット構造を備えて基板層（２）の上に配置される読み取り専用のデータ層（３）と、超解像近接場効果を与えるナノ粒子を備えるマスク層（４）と、データ層（３）とマスク層（４）との間に配置される誘電体層（５）とを備える。誘電体層（５）は厚さ（９、１０、１２、１３）を有し、この厚さはピット構造にしたがって変化し、そして例えば、完全に平坦な面を有するプラスチック層であって、ナノ粒子の配置を均一化する。各光学記憶媒体を製造するために、誘電体層（５）は、スピンコート法により有利にデータ層（３）の上に配置される。

Description

本発明は光学記憶媒体に関し、特に、超解像近接場効果を用いて高データ密度で読取専用領域にデータを格納する光学ディスク、および各光学記憶媒体を製造する方法に関する。

光学記憶媒体は、光学的に読み取り可能な方法でデータが格納される媒体であり、例えば、ピックアップに統合されたレーザーおよび光検出器によりなされる。この光検出器は、データを読み取るときに、レーザービームの反射光を検出するために用いられる。一方、多くの様々な光学記憶媒体が知られており、異なるレーザー波長で動作するものや、１ギガバイトから５０ギガバイト（ＧＢ）までの記憶容量を備える異なるサイズのものなどである。このフォーマットは、オーディオＣＤやビデオＤＶＤなどの読み取り専用フォーマットと、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒなどのライトワンス（write-once）およびＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ+ＲＷのようなリライタブル(rewritable)フォーマットの光学媒体と、を含む。デジタルデータは、この媒体の１またはそれ以上の層の中のトラックに沿ってこれら媒体上に格納される。

最高のデータ容量をもつ記憶媒体は、現在、ブルーレイディスク（Blu-Ray（登録商標）：ＢＤ）であり、２層ディスク上に５０ＧＢ格納することができる。利用可能なブルーレイのフォーマットは、現在、読み取り専用ＢＤ−ＲＯＭ、リライタブルＢＤ−ＲＥ、およびライトワンスＢＤ−Ｒの各ディスクである。ブルーレイディスクの読み取りおよび書き込みのための４０５ナノメートルのレーザー波長の光学ピックアップが用いられる。ブルーレイディスク上では、３２０ナノメートルのトラックピッチ、および２Ｔから８Ｔ、９Ｔまでのマーク長のトラックピッチが用いられる。ここで、Ｔはチャンネルビット長であり、最小のマーク長が１３８から１６０ナノメートルに相当する。リライタブルＢＤ−ＲＥディスクは、例えばＡｇＩｎＳｂＴｅまたはＧｅＳｂＴｅ化合物を用いる位相変化層を備える位相変化技術に基づいている。ブルーレイディスクのシステムに関するさらなる情報は、例えば、インターネット（www.blu-raydisc.com.）を通じてブルーレイ・グループから入手可能である。

超解像近接場構造（Super-RENS）をもつ新しい光学記憶媒体は、ブルーレイディスクと比較して１つの大きさで４倍まで光学記憶媒体のデータ密度を増大する可能性を示す。これはいわゆるSuper-RENS構造により可能であり、Super-RENS構造は、光学記憶媒体のデータ層上に置かれ、光学記憶媒体からの読み取り、または光学記憶媒体への書き込みのために用いられる光スポットの有効サイズを大いに減少させる。超解像近接場構造の層はまた、マスク層とも呼ばれる。これは、超解像近接場構造の層がデータ層の上に配置されて、レーザービームの高強度の中央部分のみがマスク層に入ることができるからである。

Super-RENS効果は、光学ディクスのマークに格納されたデータの記録および読み取りを可能にする。ここで、マークは、光学ディスク上のデータを読み取りまたは書き込みするために用いられるレーザービームの解像限界よりも小さなサイズである。周知のように、レーザービームの解像の回折限界は、λ／（２×ＮＡ）であり、ここで、λはレーザー波長であり、ＮＡは光学ピックアップの対物レンズの開口数である。非特許文献１に記載されているように、ＡｇＯ_X層の中の銀のナノ粒子は、局所的な表面プラズモンによりナノ粒子の周辺で局所的な場の強い増大を示す近接場を発生する。λ／１０よりも小さなサブ波長の記録マークは、区別可能なものである。なぜならば、金属ナノ粒子が、エバネッセント波を非近接場において検出可能な信号に移すからである。ＮｇおよびＬｉｕによって研究されたSuper-RENSディスクは、記録層、ＡｇＯ_X層に組み込まれた銀のナノ粒子をランダムに分配するＡｇＯ_X層、およびＡｇＯ_X層を保護する２つのＺｎＳ−ＳｉＯ₂誘電層としてのＧｅＳｂＴｅ位相変化材料を含む。

特許文献１には、記録可能な光学ディスクが記載されており、このディスクは、位相変化層またはデータ層としての金属酸化物層を備える。マスク層として金属酸化物層またはナノ粒子層を用いることができ、例えば、白金のナノ粒子をもつ層である。

特許文献２には、超解像効果を与える光伝導性混合材料層を備える光学記憶媒体が記載されている。この混合材料層は、混合材料層の屈折率を増大する高屈折率のナノ粒子を含む。この混合材料層は、スピンコート法を用いることにより形成することができる。

屈折率を変更する非線形光学材料に組み込まれるナノ粒子を含む高密度近接場光学記憶システムのマスク層が特許文献３に記載されている。

米国特許出願公開第２００５／０００９２６０号明細書 欧州特許第１７２４７６８号明細書 国際公開第２００５／０９８８４３号パンフレット

Ng and Liu,"Super-resolution and frequency dependent-efficiency of near-field optical disks with silver nanoparticles", Optics Express, 14 November 2005, Vol. 13, No. 23, p. 9422 - 9430

本発明に係る光学記憶媒体は、基板層と、この基板層上に配置されてピット構造を持つ読取専用データ層と、ナノ粒子を利用して超解像近接場効果を与えるマスク層と、マスク層とデータ層との間に配置される誘電体層と、を備え、マスク層とデータ層のピット構造との間の距離が決められており、かつ一様ではないことを特徴とする。マスク層とデータ層との間の距離は、誘電体層によって決められ、特にピット構造に依存して変化する。

ナノ粒子がピットの近くにあるときに、ナノ粒子の横断面の散乱を増加する特性を有するナノ粒子が優先的に選択される。このことは、ナノ粒子によって散乱した光とピットとの間の強い相互作用を生じるものである。したがって、ナノ粒子とピットとの間の信号変調が増加することとなり、それゆえサブ回折限界のピットを検出することができる。

誘電体層は、好適な実施形態において、プラスチック層であり、平坦な誘電体層の表面をもつようにスピンコート法によってデータ層の上に配置される。光学記憶媒体は、特に光学ディスクであって、ブルーレイディスクシステムに用いるピックアップに従って、ブルーレイのピックアップで動作するように配置される。

各光学ディスクの製造に関して、最初に、ピット構造を含む基板が製造されて、次のステップで、例えばスパッタリングにより反射金属層が基板上に備えられて、読み取り専用のデータ層を備える。次に、マスク層の表面を完全に平坦にするために、特にスピンコートが用いられて、誘電体層がデータ層上に配置される。誘電体層の厚さは、したがって均一ではなく、なぜならば、この厚さはピット構造に依存して変化するからである。

例えばスパッタリングよりもスピンコートによる利点は、負のピットが材料で満たされて、正のピットのそれぞれが誘電体材料に囲まれ、そしてスピンコート法が用いられるときに、やはりマスク層に平坦な面が与えられる。このことは、スパッタリング法による場合にはできず、なぜならば、そのときの層の厚みが基本的に一定であり、それゆえピット構造による平坦な面が得られないからである。

本発明の好適な実施形態が、簡単な図を参照しながら例示により以下にとりわけ詳細にここで説明される。
本発明に係る光学記憶媒体の断面図である。 ナノ粒子を備えるマスク層の機能を説明するための簡単な図である。 本発明の第２の実施形態に係る負のピット構造をもつ読取専用データ層を備える光学記憶媒体を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るナノ粒子を含む２つのマスク層を備える光学記憶媒体を示す図である。

図１に簡易的な光学記憶媒体１の断面図を示す。基板２の上には、ピット構造を有し、例えばアルミ層などの反射金属層を備える読取専用データ層３が配置される。読取専用データ層３の上には、例えばプラスチック材料から形成される第１の誘電体層５が配置される。誘電体層５の上には、超解像近接場効果（Super-RENS）を与えるナノ粒子を備えるマスク層４が配置される。

誘電体層５は、平坦な面を持つようにして配置され、誘電体層５の上にはナノ粒子が置かれて、そしてそれゆえにマスク層４のナノ粒子とデータ層３との間の距離がピット構造に依存して厚みが変化するようにして決められる。マスク層４の上には、例えばＺｎＳ−ＳｉＯ₂材料を備える第２の誘電体層６が配置される。追加の層として、誘電体層６の上にカバー層７が保護層として配置される。データ層３のデータを読み取ることに関し、光学記憶媒体１の上部からレーザービームが当てられて、まずカバー層７に入る。

光学記憶媒体１は、特に光学ディスクである。読取専用データ層３は、正のマークまたは負のマークを有するプレス済みのピット構造をとることができて、これは通常のＲＯＭディスク、例えばＤＶＤやＣＤなどで知られているものである。

図２において、例えば３０ナノメートル以上（例えば、約４０ナノメートル）のピット８のように配置されるマークをもつピット構造を有するデータ層３を備える第１の実施形態が示される。データ層３のピット８は、例えばスタンパー（stamper）により製造することができる。ナノ粒子をもつマスク層４は、ドットで示され、均一な面に配置される様子が示されている。マスク層４は、例えば１〜３０ナノメートルの範囲内の厚みを有し、誘電体層５は、２０〜５０ナノメートルの範囲内の厚みを有する。

マスク層４のこのように均一な面を得るために、データ層３とマスク層４との間に配置される誘電体層５は、マスク層４のナノ粒子に対して完全に平坦な面を含んでいる。マスク層４のナノ粒子とデータ層３との間の距離は、データ層３にピット８があるときは、それゆえ変化する。マスク層４とピット８の底面との間の距離９は、特に５０ナノメートルよりも大きく、ピットがない場合に、距離１０は、特に５０ナノメートルより小さい。

ナノ粒子の特性は、それゆえ誘電体層５の不均一な厚さに従って変化することがあり、ナノ粒子がピットに近づいたときに、ナノ粒子の断面の散乱が増大するようにナノ粒子が優先的に選択される。この場合、ナノ粒子によって散乱された光とピットとの間に強い相互作用があり、そして、ピットによる信号変調が増大することがあり、サブ回折限界ピットを検出することができて、それゆえ超解像近接場効果を与える。

データ層のピット構造に従って、ナノ粒子は、レーザー光が照射されたときに、非近接場において検出可能な信号をもたらして、局所的な表面プラズモンを生成することが想定される。これは、前に述べた非特許文献１の記事に記載されており、ＡｇＯ_X層のナノ粒子効果に関連するものである。

読取専用データ層３のデータを読み取ることについて、特に、ブルーレイディスクシステムと一致する４０５ナノメートルの青色レーザーダイオードをもつピックアップを用いることができる。この波長をもつレーザーは、現在、高密度データにできる光学ディスクデータを可能にしている。異なる波長のレーザーダイオードが用いられるとき、誘電体層５の厚みはそれに応じて変化させなければならない。

図３において、負のピット構造をもつデータ層３を備える本発明の第２の実施形態が示されており、ここで、ピット１１は、正のマークまたはバンプとして配置されている。ピット１１とマスク層４との間の距離１２は、それゆえ小さく、距離１３はしたがって大きい。誘電体層５は、マスク層４とデータ層３との間に配置されて、完全な平面を備える。そして、誘電体層５上には、マスク層４のナノ粒子が配置される。

本実施形態について、データ層３は、例えば３０ナノメートル以上の高さ、例えば４０ナノメートルの負のマークを備え、そしてマスク層４とデータ層３との間の距離１３は、バンプがない場合には５０ナノメートルより大きい。距離１２は、例えばマスク層４とデータ層３の場所にあるピット１１との間が５０ナノメートルよりも小さい。誘電体層５の厚さは、例えば２０−５０ナノメートルの範囲の最小距離と、例えば５０−６０ナノメートルより大きな最大距離との間のピット構造にしたがってそれゆえ変化する。

図４に本発明の別の実施形態を示す。別の実施形態では、第１のマスク層４に加えて、データ層３上に直接配置されるナノ粒子１４をもつ第２のマスク層１７を備える。誘電体層１３のナノ粒子１４は、したがってピット１８の底面上にも配置される。ナノ粒子層１７と１４との間の誘電体層１５は平面を有し、マスク層４のナノ粒子１６を均一な面にして配置するようにして配置されている。距離９、１０、およびピット１８の深さは、図２の実施形態において用いられたものと同等の値にすることができる。第２のマスク層１７の厚さは特に一定である。誘電体層１５の厚さはまた、前の実施形態と同様に最小距離と最大距離との間のピット構造にそれゆえしたがって変化する。図２から４に示す光学記憶媒体の読み取り専用のデータ層３のデータを読み取るために、ブルーレイディスクシステムと同じ４０５ナノメートルの青色レーザーダイオードのピックアップを特に用いることができる。この波長のレーザーは、現在、最高のデータ密度の光学データディスクを可能にする。異なる波長のレーザーダイオードを用いるとき、誘電体層５の厚さは、それに応じて変えなければならない。

記憶媒体１、特に光学ディスクを製造するために、最初に、ピット構造を含む基板２が製造される。基板２の上には、例えば、スパッタリングにより、データ層３のような反射金属層が配置される。データ層３上で誘電体層５に完全な平面を与えるために、スピンコート法を有利に用いることができる。スパッタリング法を誘電体層５に用いることはできない。なぜなら、そのとき誘電体層５が一定の厚みを有することとなり、したがってナノ粒子をもつマスク層４に対して平らな面を与えることができないからである。誘電体層５は、例えば、２０から５０ナノメートルの範囲の値となる厚さをもつ薄いプラスチック層であり、スピンコートにより容易に製造できる。

次のステップにおいて、例えばスパッタリングにより、マスク層４のナノ粒子が誘電体層５の上に配置される。ナノ粒子をもつマスク層４は、特許文献１に記載されているように例えばリアクティブスパッタリングにより製造することができる。次に、カバー層７が、例えばスピンコート方を用いることにより、ディスク上に配置される。さらに、マスク層４とカバー層７との間に第２の誘電体層６を配置することができる。

本発明の他の実施形態もまた、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者により実施することができる。本発明は特に、ブルーレイディスク形式のピックアップを備えるピックアップユニットを用いる記憶媒体に限定されない。本発明は、したがって、本明細書の後に添付の特許請求の範囲に属する。

Claims (21)

1. 基板層と、
   ピット構造を備えて、前記基板層の上に配置される読み取り専用のデータ層と、
   ナノ粒子を備えて、レーザービームが照射されたときに表面プラズモンを生成することにより超解像近接場効果をもたらすマスク層と、
   前記データ層と前記マスク層との間に配置される誘電体層と、
   を備え、
   前記誘電体層は、前記ピット構造に従って変化する厚さを有する
   ことを特徴とする光学記憶媒体。
2. 前記誘電体層の厚さは、２０から５０ナノメートルの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の光学記憶媒体。
3. 前記読み取り専用のデータ層は、反射金属層で覆われることを特徴とする請求項１または２に記載の光学記憶媒体。
4. 前記データ層は、
   ３０ナノメートルよりも大きなピット深さをもつ正のピットと、
   前記データ層の位置にピットがある場合、前記マスク層と前記データ層との間が５０ナノメートルよりも大きい距離と、
   前記データ層の位置にピットがない場合、前記マスク層と前記データ層との間が５０ナノメートルよりも小さい距離と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
5. 前記データ層は、
   ３０ナノメートルよりも大きなピット高さをもつ負のピットまたはバンプと、
   前記データ層の位置にピットがない場合、前記マスク層と前記データ層との間が５０ナノメートルよりも大きい距離と、
   前記データ層の位置にピットがある場合、前記マスク層と前記データ層との間が５０ナノメートルよりも小さい距離と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
6. 前記誘電体層は、平坦な面を備えて、前記マスク層と前記データ層との間で定まった距離を与えることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
7. 前記誘電体層はプラスチックの層であり、スピンコート法により前記データ層の上に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
8. 前記マスク層の厚さは１から３０ナノメートルの範囲にあり、前記マスク層に含まれる前記ナノ粒子は貴金属を含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
9. 前記誘電体層の厚さは、例えば２０から５０ナノメートルの範囲内の最小距離と、例えば５０ナノメートルよりも大きな最大距離との間で前記ピット構造に従って変化することを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
10. 前記光学記憶媒体は、読み取り専用の光学ディスクであることを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
11. 基板層の上にピット構造をもつ読み取り専用のデータ層を配置するステップと、
    前記ピット構造にしたがって変化する厚さを有する誘電体層を設けるステップと、
    前記誘電体層の上にナノ粒子を備えるマスク層を設けるステップと、
    前記マスク層の上に保護層としてのカバー層を設けるステップと
    を備えることを特徴とする光学記憶媒体の製造方法。
12. 前記誘電体層はプラスチックの層であり、スピンコート法により前記データ層の上に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光学記憶媒体の製造方法。
13. 前記マスク層と前記カバー層との間に第２の誘電体層を設けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光学記憶媒体の製造方法。
14. 基板層と
    ピット構造を備えて、前記基板層の上に配置される読み取り専用のデータ層と、
    ナノ粒子を備えて、超解像近接場効果をもたらすマスク層と、
    前記データ層と前記マスク層との間に配置される誘電体層と、
    を備え、
    前記誘電体層は、前記ピット構造に従って変化する厚さを有する
    ことを特徴とする光学記憶媒体。
15. 前記読み取り専用のデータ層は、反射金属層で覆われることを特徴とする請求項１４に記載の光学記憶媒体。
16. 前記誘電体層は、平坦な面を備えて、前記マスク層と前記データ層との間で定められた距離を与えることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光学記憶媒体。
17. 前記誘電体層はプラスチックの層であり、スピンコート法により前記データ層の上に配置されることを特徴とする請求項１４乃至１６のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
18. 前記マスク層に含まれる前記ナノ粒子は、貴金属を含んで、レーザービームが照射されたときに表面プラズモンを含んだ超解像効果を発生することを特徴とする請求項１４乃至１７のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
19. 前記誘電体層の厚さは、例えば２０から５０ナノメートルの範囲内の最小距離と、例えば５０ナノメートルよりも大きな最大距離との間で前記ピット構造に従って変化することを特徴とする請求項１４乃至１８のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
20. 第２のマスク層は、超解像近接場効果を与えるナノ粒子を備えて、前記データ層と前記誘電体層との間で前記データ層の上に配置されることを特徴とする請求項１４乃至１９のうちのいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
21. 前記第２のマスク層は一定の厚さを有することを特徴とする請求項２０に記載の光学記憶媒体。

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