JP2013242946A - 情報記録媒体、並びに情報記録媒体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高密度での記録・消去が可能な情報記録媒体とその製造方法を提供する。
【解決手段】情報記録媒体は、基板と、基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子と、を備え、記録材料は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
【選択図】図2
【解決手段】情報記録媒体は、基板と、基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子と、を備え、記録材料は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
【選択図】図2
Description
本発明は、光学的手段、特に近接場光によって情報を記録または再生する高密度な情報記録媒体とその製造方法に関する。
これまで商品化されてきた光学的情報記録媒体として、CD(Compact Disk)やDVD(Digital Versatile Disk)やブルーレイ・ディスク(Blu−ray Disc)がある。これらの媒体においては、記録再生用のレーザ光の波長を短くしたり、レンズの開口数NA(Numerical Aperture)を高くしたり、トラックピッチをつめることにより高密度化(大容量化)を実現してきた。
これより更なる高密度化には、現行の光記録方式では、光の回折限界から最短マーク長を短くすることは困難であり、新たな技術が必要となる。近年、この光の回折限界を超える超解像技術として、近接場光を用いた記録方式が注目されている。光の波長より小さな物体には、光電場により原子の電気双極子が誘起されるが、この電気双極子が作る振動電界のうち、この小物体の直径程度のごく近くにある電磁界は、周囲へはほとんど伝播せず減衰する。この発生した電磁界が近接場であり、さらにこの近接場の中に微小な物体を散乱体として置くと、ふたたび伝播光となるのでこの微小な散乱体を観測することが可能になる。この新たな光が近接場光(エバネッセント光)である。この近接場光で形成されるスポットサイズは、照射される光の波長によらず、開口や微粒子サイズで決まる。
また、近接場光を発生させる技術として、金属の表面プラズモン共鳴を利用した近接場光発生素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この技術では、微小な金属膜に適当な波長の光を照射して表面プラズモン共鳴を誘起し、金属膜近傍に近接場光を発生させて記録を行う。また、記録密度を向上させるため、予め基板にパターンを形成しておくことにより、安定した記録再生を行う技術も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。これらの技術を利用して微小な記録マークを形成することで、光学的情報記録媒体のさらなる高密度化、大容量化が実現できると考えられる。
書換形の光学的情報記録媒体(例えば、DVD−RAMやBD−REなど)に用いられる記録膜としては、結晶とアモルファス(非結晶)との光学変化を利用した相変化材料が広く用いられてきた(例えば、特許文献3参照。)。このような材料は、記録膜へのレーザ照射により、記録膜を融点以上に温度を上昇させ溶融し、急冷することでアモルファスのマークを形成し記録する。また、結晶化温度以上に昇温し、徐冷することで結晶化することによってマークの消去を行う。このマークの記録・消去を繰り返し行っても、良好な信号品質を得ることができる。
このような相変化材料は、光の回折限界を超えた超解像技術を用いた高密度記録においても、高速で結晶核生成・成長ができ、有望な材料であると考えられる。
J. Phys. D: Appl. Phys., 33 (2000) 2653-2656.
相変化材料である記録材料をナノ微粒子化した場合に融点の低下がおこる可能性がある(例えば、非特許文献1参照。)。したがって、相変化材料の物性変化までを想定した光メモリの開発が重要である。
本発明の目的は、高密度での記録・消去が可能な情報記録媒体とその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明に係る情報記録媒体は、
基板と、
前記基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子と、
を備え、
前記記録材料は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
基板と、
前記基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子と、
を備え、
前記記録材料は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、製造方法並びにシステム、方法、製造方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。
本発明に係る情報記録媒体によれば、基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子を備える。また、ナノ微粒子を構成する記録材料は、母体となる第1元素M1と、添加元素である第2元素M2とを含む合金からなる。第1元素M1は、SbとSn−Teからなる群から選ばれ、母体となる高結晶化能を有する。第2元素M2は、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれ、母体となる第1元素M1について、融点を高くする効果を奏する。これによって記録材料として、融点と結晶化温度との差を大きくすることができる。この記録材料を用いることで、記録・消去動作において、広いパワーマージンを確保した高密度情報記録媒体を得ることができる。
本発明の第1態様に係る情報記録媒体は、
基板と、
前記基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子と、
を備え、
前記記録材料は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
基板と、
前記基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子と、
を備え、
前記記録材料は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
第2態様に係る情報記録媒体は、上記第1態様の情報記録媒体において、前記記録材料は、第2元素M2が15原子%より少ない。第2元素M2を15原子%より少なくすることで結晶化温度の上昇を抑え、高い結晶化能を維持できる。
第3態様に係る情報記録媒体は、上記第1態様の情報記録媒体において、前記記録材料は、第1元素M1がSn−Teであって、Snが47原子%以上、53%原子%以下である。第1元素M1が上記範囲にあるので、高い結晶化能を得ることができる。
第4態様に係る情報記録媒体は、上記第1態様の情報記録媒体において、第2元素M2がSi、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Y、PtおよびAuより選ばれる一つの元素である。第2元素として、上記範囲の元素を用いることで、融点を高くする効果が大きくなる。
第5態様に係る情報記録媒体は、上記第1態様の情報記録媒体において、前記ナノ微粒子は、その周囲が誘電体膜で覆われていてもよい。ナノ微粒子の周囲を誘電体膜で覆うことにより、ナノ微粒子を構成する記録材料を水分等から保護でき、情報記録媒体の信頼性を向上できる。
第6態様に係る情報記録媒体は、上記第1態様の情報記録媒体において、前記ナノ微粒子は、配列面に水平に切断したときに最大となる直径が3nm以上、150nm以下であってもよい。ナノ微粒子の直径を上記範囲内とすることによって、テラバイト級の高密度記録を実現することができる。
第7態様に係る情報記録媒体は、上記第1態様の情報記録媒体において、前記ナノ微粒子は、配列面に垂直に切断したときに最大となる高さが5nm以上、150nm以下であってもよい。ナノ微粒子の高さを上記範囲とすることによって、結晶化能の低下を抑制することなく、記録時に前記記録材料に蓄えられる熱を速やかに放熱することができる。
第8態様に係る情報記録媒体は、上記第1態様の情報記録媒体において、前記ナノ微粒子は、近接場光を用いて情報を記録可能である。近接場光を用いて記録することによって、テラバイト級の高密度記録を実現することができる。
本発明の第9態様に係る情報記録媒体の製造方法は、
基板を用意する工程と、
前記基板上に、複数のピラーを孤立して配置する工程と、
前記ピラーの上に、複数のピラーを孤立して配置する工程と、
前記ピラーの上に、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金を含む記録材料を設ける工程と、
を含む。
基板を用意する工程と、
前記基板上に、複数のピラーを孤立して配置する工程と、
前記ピラーの上に、複数のピラーを孤立して配置する工程と、
前記ピラーの上に、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金を含む記録材料を設ける工程と、
を含む。
第10態様に係る情報記録媒体の製造方法は、上記第9態様の情報記録媒体の製造方法において、前記ピラーは、直径が3nm以上であって、100nm以下であってもよい。
第11態様に係る情報記録媒体の製造方法は、上記第9態様の情報記録媒体の製造方法において、前記ピラーの上に記録材料を設ける工程では、前記記録材料を含むターゲットを用いて、スパッタリング法によって前記ピラーの上に記録材料を設けてもよい。
本発明の第12態様に係る情報記録媒体の製造方法は、
基板を用意する工程と、
前記基板上に、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む記録材料からなる膜を形成する工程と、
前記記録材料からなる膜上に配列面に水平に切断したときに最大となる直径が3nm以上、100nm以下のパターンを有するマスクを形成する工程と、
前記パターンが形成された以外の領域の前記記録材料からなる膜をエッチングによって除去する工程と、
を含む。
基板を用意する工程と、
前記基板上に、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む記録材料からなる膜を形成する工程と、
前記記録材料からなる膜上に配列面に水平に切断したときに最大となる直径が3nm以上、100nm以下のパターンを有するマスクを形成する工程と、
前記パターンが形成された以外の領域の前記記録材料からなる膜をエッチングによって除去する工程と、
を含む。
第13態様に係る情報記録媒体の製造方法は、上記第12態様の情報記録媒体の製造方法において、前記記録材料からなる膜を形成する工程では、前記記録材料を含むターゲットを用いて、スパッタリング法によって前記記録材料からなる膜を形成してもよい。
<ナノ微粒子形状の記録材料における課題>
本発明者らは、ナノ微粒子形状の記録材料における物性変化に着目し、それにより生じる高密度情報記録媒体の課題を見出した。
本発明者らは、ナノ微粒子形状の記録材料における物性変化に着目し、それにより生じる高密度情報記録媒体の課題を見出した。
本発明におけるナノ微粒子形状とは、体積的に1×10−9m3より小さいサイズの粒子形状のものを示す。その形状は、球、楕円球、円柱、円錐、X(ただしXは3以上の整数)角柱、X(ただしXは3以上の整数)角錐台、略円柱、略円錐、略X(ただしXは3以上の整数角)柱、略X(ただしXは3以上の整数)角錐など様々である。そこで、粒子の大きさとして直接に測定された体積が、幾何学公式を用いて規則的な形状(例えば、球や立方体)の粒子に換算した体積が上記の1×10−9m3相当であればナノ微粒子と称する。
本発明では、記録材料をナノ微粒子化したときの融点および結晶化温度に注目した。
まず、融点に関しては、記録材料をナノ微粒子化したときには、その記録材料のバルク状態での融点より低くなることが知られている。この融点降下は、ナノ微粒子の粒径rが小さいほど顕著であり、ほぼ1/rに比例する。ここでの粒径とは有効粒径を示す。記録材料が金属物質であれば、おおよそ粒径50nmで数度程度、粒径5nmで数十度程度、融点が低くなる。融点降下の現象が起こる原因は、融点における熱平衡状態での全自由エネルギーの変化量の中で、表面エネルギーの寄与が粒径の減少とともに増すことにある。つまり、記録材料のナノ微粒子化で表面積比が増えることで、表面活性の影響が大きくなり、その結果、少ないエネルギーで溶融しうるため、融点が降下する。
まず、融点に関しては、記録材料をナノ微粒子化したときには、その記録材料のバルク状態での融点より低くなることが知られている。この融点降下は、ナノ微粒子の粒径rが小さいほど顕著であり、ほぼ1/rに比例する。ここでの粒径とは有効粒径を示す。記録材料が金属物質であれば、おおよそ粒径50nmで数度程度、粒径5nmで数十度程度、融点が低くなる。融点降下の現象が起こる原因は、融点における熱平衡状態での全自由エネルギーの変化量の中で、表面エネルギーの寄与が粒径の減少とともに増すことにある。つまり、記録材料のナノ微粒子化で表面積比が増えることで、表面活性の影響が大きくなり、その結果、少ないエネルギーで溶融しうるため、融点が降下する。
次に、記録材料のナノ微粒子化による結晶化温度への影響に関しては、上述の融点のように表面エネルギーの寄与による降下もあるが、それ以上に体積減少による結晶核生成確率の低下による結晶化温度上昇が大きく影響する。つまり、ナノ微粒子化によって体積が減少することでナノ微粒子中における結晶核が生成されにくくなり、それによって結晶成長が抑制され、結晶化温度が上昇する。前述の通り表面エネルギーの寄与による結晶化温度の降下は表面積比に依存するのに対し、結晶核生成の抑制は体積比に依存することから、ナノ微粒子化したときの結晶化温度は、結晶核生成の抑制による影響のほうが大きく、その結果、結晶化温度は上昇すると考えられる。
このように記録材料をナノ微粒子化したときには、(1)融点の降下、(2)結晶化温度の上昇との2つの効果が生じる。その結果、ナノ微粒子形状の情報記録媒体においては薄膜状の情報記録媒体に対し、(1)融点の降下によって、アモルファス形成(=記録)時の記録パワーが低下し、(2)結晶化温度の上昇によって、結晶化(=消去)時のパワーが上昇する。つまり、情報記録媒体としての記録・消去のパワーマージンの低下を意味する。
そこで本発明者らは、高融点であり、ナノ微粒子化に伴う結晶化温度の上昇が少ない記録材料を開発することを解決すべき課題として認識したものである。具体的には、ナノ微粒子形状においても融点と結晶化温度の差が大きい相変化材料を提供することを目的とし、本発明に至ったものである。
本発明の一態様によれば、記録材料の母体である第1元素M1として、結晶化能が高い、つまり結晶核ができやすい材料に対し、高融点化できる第2元素M2を添加することにより融点を上昇させることで、ナノ微粒子化形状での融点−結晶化温度差を広げることができる。なお、添加することによって高融点化させる第2元素M2には、多量に添加することで結晶化能の低下を引き起こすものもあるため、第2元素M2は、15原子%より少ないことが好ましい。これによって、記録・消去動作において、広いパワーマージンを確保した情報記録媒体が得られる。
以下、本発明における実施の形態に係る情報記録媒体及びその製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。なお、以下の実施の形態は例示的なものであり、本発明は、以下の実施の形態に限定されない。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る高密度情報記録媒体の一例を説明する。図1は、実施の形態1に係る情報記録媒体100の構成を示す概略斜視図である。図1に示す情報記録媒体100は、基板101上に、孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料103を有する複数のナノ微粒子102を備えている。記録材料103は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
本発明の実施の形態1に係る高密度情報記録媒体の一例を説明する。図1は、実施の形態1に係る情報記録媒体100の構成を示す概略斜視図である。図1に示す情報記録媒体100は、基板101上に、孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料103を有する複数のナノ微粒子102を備えている。記録材料103は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる。
以下に、この情報記録媒体100を構成する各構成部材について説明する。
<基板>
基板101は、円盤状の基板である。なお、基板101は、円盤形状に限られるものではなく、他の形状であってもよい。基板101の材料としては、平坦性が高く、記録・再生のために情報記録媒体100を回転させたときの安定性が高いものが好ましく、ガラス、またはシリコンやアルミなどの金属、またはポリカーボネートなどのプラスチック材料を用いることができる。
基板101は、円盤状の基板である。なお、基板101は、円盤形状に限られるものではなく、他の形状であってもよい。基板101の材料としては、平坦性が高く、記録・再生のために情報記録媒体100を回転させたときの安定性が高いものが好ましく、ガラス、またはシリコンやアルミなどの金属、またはポリカーボネートなどのプラスチック材料を用いることができる。
<ナノ微粒子>
図2は、図1の情報記録媒体100の断面構造を示す一部断面図である。この情報記録媒体100は、基板101上に孤立して配置された記録材料103からなる複数のナノ微粒子102を備える。このナノ微粒子102は、上述のように、体積的に1×10−9m3より小さいサイズの粒子形状のものをいう。その形状は、球、楕円球、円柱、円錐、X(ただしXは3以上の整数)角柱(例えば、三角柱、四角柱等)、X(ただしXは3以上の整数)角錐台(例えば、三角錐台、四角錘台等)、略円柱、略円錐、略X(ただしXは3以上の整数角)柱(例えば、略三角柱、略四角柱等)、略X(ただしXは3以上の整数)角錐(例えば、略三角錐、略四角錐等)などである。
図2は、図1の情報記録媒体100の断面構造を示す一部断面図である。この情報記録媒体100は、基板101上に孤立して配置された記録材料103からなる複数のナノ微粒子102を備える。このナノ微粒子102は、上述のように、体積的に1×10−9m3より小さいサイズの粒子形状のものをいう。その形状は、球、楕円球、円柱、円錐、X(ただしXは3以上の整数)角柱(例えば、三角柱、四角柱等)、X(ただしXは3以上の整数)角錐台(例えば、三角錐台、四角錘台等)、略円柱、略円錐、略X(ただしXは3以上の整数角)柱(例えば、略三角柱、略四角柱等)、略X(ただしXは3以上の整数)角錐(例えば、略三角錐、略四角錐等)などである。
<記録材料>
ナノ微粒子102を構成する記録材料103には、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料を用いることができる。この記録材料としては、SbとSn−Teとからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、からなる合金を含む。上記第1元素M1は、記録材料103の母体となるものであって、従来の記録材料に比べて結晶化速度が速い、すなわち結晶化能が高い記録材料である。なお、第1元素M1として、Sn−Teの場合、Snが47原子%以上、53%原子%以下であることが好ましい。Sn−Te系合金では、ちょうどモル比1:1においてSnTeの化合物を形成する。このSnTeは、結晶化速度が速い、すなわち結晶化能が高い。また、上記第2元素M2は、記録材料103の母体である第1元素M1についてその融点を上げる効果がある。そこで、第2元素M2は、1原子%以上であることが好ましく、2原子%以上であることがより好ましい。一方、第2元素M2は、結晶化温度を上げる効果を有するので、15原子%未満であることが好ましく、10原子%以下であることがより好ましい。
ナノ微粒子102を構成する記録材料103には、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料を用いることができる。この記録材料としては、SbとSn−Teとからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、からなる合金を含む。上記第1元素M1は、記録材料103の母体となるものであって、従来の記録材料に比べて結晶化速度が速い、すなわち結晶化能が高い記録材料である。なお、第1元素M1として、Sn−Teの場合、Snが47原子%以上、53%原子%以下であることが好ましい。Sn−Te系合金では、ちょうどモル比1:1においてSnTeの化合物を形成する。このSnTeは、結晶化速度が速い、すなわち結晶化能が高い。また、上記第2元素M2は、記録材料103の母体である第1元素M1についてその融点を上げる効果がある。そこで、第2元素M2は、1原子%以上であることが好ましく、2原子%以上であることがより好ましい。一方、第2元素M2は、結晶化温度を上げる効果を有するので、15原子%未満であることが好ましく、10原子%以下であることがより好ましい。
記録材料103の具体的な構成としては、第1元素M1及び第2元素M2を適宜選択することによって決定される。記録材料103の一例としては、第1元素M1としてSbを選択した場合には、例えば、Sb−Si、Sb−W、Sb−Ta、Sb−Mo、Sb−B、Sb−Ru、Sb−Nb、Sb−Ti、Sb−Ni、Sb−Al、Sb−Zr、Sb−Y、Sb−Si−W、Sb−Si−Ta、Sb−Si−Mo、Sb−W−Ta、Sb−W−Mo、Sb−Ta−Moなどが挙げられる。一方、記録材料103は、第1元素M1としてSn−Teを選択した場合には、例えば、Sn−Te−Si、Sn−Te−W、Sn−Te−Ta、Sn−Te−B、Sn−Te−Si−W、Sn−Te−Si−Taなどが挙げられる。
<第1誘電体膜及び第2誘電体膜>
図3(A)〜(D)は、それぞれ実施の形態1の情報記録媒体100の別の構成の断面構造の詳細を示す一部断面図である。図3(A)〜(D)は、それぞれ上記記録材料103の界面に第1誘電体膜104および第2誘電体膜105が設けられた断面構造を示している。具体的には、図3(A)は、基板101と記録材料103との間に下部保護膜104を設けている構成例の断面図である。図3(B)は、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。図3(C)は、基板101と記録材料103との間に下部保護膜104を設けると共に、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。図3(D)は、基板101と記録材料103との間に下部保護膜104を設けると共に、記録材料103を覆って面一となるように上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。
図3(A)〜(D)は、それぞれ実施の形態1の情報記録媒体100の別の構成の断面構造の詳細を示す一部断面図である。図3(A)〜(D)は、それぞれ上記記録材料103の界面に第1誘電体膜104および第2誘電体膜105が設けられた断面構造を示している。具体的には、図3(A)は、基板101と記録材料103との間に下部保護膜104を設けている構成例の断面図である。図3(B)は、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。図3(C)は、基板101と記録材料103との間に下部保護膜104を設けると共に、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。図3(D)は、基板101と記録材料103との間に下部保護膜104を設けると共に、記録材料103を覆って面一となるように上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。
第1誘電体膜104および第2誘電体膜105は、記録材料103を水分等から保護する働きと、光学的距離を調節してナノ微粒子102の光吸収率や結晶−アモルファスの反射率比を高める働きと、記録材料103の結晶化を促進するなどの働きを有する。第1誘電体膜104および第2誘電体105の材料としては、例えば、ZrO2、HfO2、SiO2、Nb2O5、Cr2O3、Al2O3、TiO2、In2O3、MgO、ZnO、Nb2O5、Ta2O5およびAl2O3等といった酸化物やLaF3、CeF3、YF3といったフッ化物、C−N、Ti−N、Zr−N、Nb−N、Ta−N、Si−N、Ge−N、Cr−N、Al−N、Ge−Si−NおよびGe−Cr−N等の窒化物を用いることができる。また、ZnS、ZnSとSiO2の混合物等の硫化物やSiC等の炭化物も用いることができる。また、上記材料の混合物も用いることができる。
これら第1誘電体膜104および第2誘電体膜105は、周期的な微粒子構造を仮定し、RCWA法(Rigorous Coupled Wave Analysis)により、最適な反射率比が計算できる。具体的な膜厚としては、5nm〜120nmの範囲内にあることが好ましい。
<第1反射膜及び第2反射膜>
図4(A)〜(D)は、本発明の情報記録媒体100の別の構成の断面構造の詳細を示す部分断面図である。図4(A)〜(D)は基板上および光照射側に第1反射膜106および第2反射膜107が設けられた構造である。具体的には、図4(A)は、基板101と記録材料103との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けている構成例の断面図である。図4(B)は、基板101と記録材料103との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けると共に、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。図4(C)は、基板101と記録材料103との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けると共に、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105及び上部反射膜107を設けている構成例の断面図である。図4(D)は、基板101と相変化ナノ粒子101との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けると共に、記録材料103を覆って面一となるように上部保護膜105を設け、さらにその上に上部反射膜107を設けている構成例の断面図である。
図4(A)〜(D)は、本発明の情報記録媒体100の別の構成の断面構造の詳細を示す部分断面図である。図4(A)〜(D)は基板上および光照射側に第1反射膜106および第2反射膜107が設けられた構造である。具体的には、図4(A)は、基板101と記録材料103との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けている構成例の断面図である。図4(B)は、基板101と記録材料103との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けると共に、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105を設けている構成例の断面図である。図4(C)は、基板101と記録材料103との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けると共に、記録材料103の形状に沿って上部保護膜105及び上部反射膜107を設けている構成例の断面図である。図4(D)は、基板101と相変化ナノ粒子101との間に下部反射膜106及び下部保護膜104を設けると共に、記録材料103を覆って面一となるように上部保護膜105を設け、さらにその上に上部反射膜107を設けている構成例の断面図である。
第1反射膜106および第2反射膜107は、光を効率的に吸収させ、近接場光がナノ微粒子102に集光しやすくなり、高感度の記録を行うことが可能となる。第1反射膜106および第2反射膜107の材料としては、金属材料を用いることが好ましく、例えばAg、Au、Cu、Pt、Pd、Al、Cr、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Ru、Rh、Ta、W、Re、Os及びIr等から選ばれる1種または複数種の金属を用いることができる。具体的には、例えば、Ag−Cu、Ag−Pd、Ag−Pd−Cu、Ag−Pd−Ti、Ag−Ru−Au、Ag−Cu−Ni、Ag−Zn−Al、Ag−Nd−Au、Ag−Nd−Cu、Ag−Bi、Ag−Ga、Ag−Ga−In、Ag−Ga−Cu、Ag−In、Ag−In−Sn、Al−Cr、Al−Ti、Al−Ni、Al−Cu、Au−Pd、Au−CrまたはCu−Siといった合金を用いることができる。特に、Agを50原子%以上含むAg合金は近接場光をナノ微粒子102に集中させやすく、第1反射膜106および第2反射膜107として好ましい。
第1反射膜105の厚みは、10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがより好ましい。第1反射膜105の厚みを20nm以上とすることで、記録材料103を透過した近接場光を反射して再び記録材料103に戻すことにより、近接場光を効率的に記録材料103に吸収させることが可能となる。また、第2反射膜107の厚みは、10nm以下であることが好ましく、5nm以下であることがより好ましい。第2反射膜107の厚みを5nm以下とすることで、十分な強度の近接場光を記録材料103まで到達させるとともに、近接場光を効率的に記録材料103に集光させ、安定した記録を行うことが可能となる。
また、必要に応じ記録材料103に接して、結晶核生成を促進する膜を設けてもよい(図示せず)。
<情報記録媒体への記録方法>
図5は、本実施の形態に係る情報記録媒体100に情報を記録する方法の一例を示している。図5に示すように、Auからなるアンテナ201に、偏光方向204を持つ光202を照射する。これにより、プラズモン増強によって偏光方向にあるアンテナ201の頂点203に強い近接場光が発生する。そして、この増強した近接場光によって記録材料103が昇温され、記録材料103に情報が記録される。具体的には、記録材料103を、融点以上に加熱した後に急冷することで記録材料103をアモルファス化することでマークを形成して、情報を記録する。一方、結晶化温度または融点以上に加熱した後に徐冷することにより記録材料103を結晶化し、情報の消去を行う。このように、記録材料103がアモルファス状態のときと結晶状態のときで異なる物性を有することを利用して、情報を記録・消去することができる。
なお、本実施の形態では、アンテナ201の材料としてAuを用いたがこれに限定されず、使用するレーザの波長に合わせてそれとプラズモン共鳴するような材料を選ぶことが好ましい。
図5は、本実施の形態に係る情報記録媒体100に情報を記録する方法の一例を示している。図5に示すように、Auからなるアンテナ201に、偏光方向204を持つ光202を照射する。これにより、プラズモン増強によって偏光方向にあるアンテナ201の頂点203に強い近接場光が発生する。そして、この増強した近接場光によって記録材料103が昇温され、記録材料103に情報が記録される。具体的には、記録材料103を、融点以上に加熱した後に急冷することで記録材料103をアモルファス化することでマークを形成して、情報を記録する。一方、結晶化温度または融点以上に加熱した後に徐冷することにより記録材料103を結晶化し、情報の消去を行う。このように、記録材料103がアモルファス状態のときと結晶状態のときで異なる物性を有することを利用して、情報を記録・消去することができる。
なお、本実施の形態では、アンテナ201の材料としてAuを用いたがこれに限定されず、使用するレーザの波長に合わせてそれとプラズモン共鳴するような材料を選ぶことが好ましい。
また、上記の例では、情報記録媒体への情報の記録方法として、近接場光による記録方法を説明したが、記録方法はこれに限られない。例えば、電気的にスポット加熱を行って、情報を記録・消去してもよい。これによって、この情報記録媒体を、例えば、電気的情報記録媒体として使用することができる。
<ナノ微粒子の大きさについて>
ここで、本実施の形態の図5に示すように、孤立して配置されたナノ微粒子102へ情報を記録した場合と、図6の参考例のように、孤立していない連続的な相変化薄膜205へ情報を記録した場合とを比較する。図5に示すように、基板101上にそれぞれ孤立して配列されたナノ微粒子102に情報を記録した場合、その大きさを最小単位とした良好な記録を行うことができた。一方、図5のような連続的な相変化薄膜205に情報を記録した場合、相変化薄膜205を結晶化する際に、近接場光により相変化薄膜205が加熱されると、相変化薄膜205中に熱が拡散する。このため、近接場光のスポットが150nm以下であっても、150nm以上の大きな記録マークしか記録できなかった。
ここで、本実施の形態の図5に示すように、孤立して配置されたナノ微粒子102へ情報を記録した場合と、図6の参考例のように、孤立していない連続的な相変化薄膜205へ情報を記録した場合とを比較する。図5に示すように、基板101上にそれぞれ孤立して配列されたナノ微粒子102に情報を記録した場合、その大きさを最小単位とした良好な記録を行うことができた。一方、図5のような連続的な相変化薄膜205に情報を記録した場合、相変化薄膜205を結晶化する際に、近接場光により相変化薄膜205が加熱されると、相変化薄膜205中に熱が拡散する。このため、近接場光のスポットが150nm以下であっても、150nm以上の大きな記録マークしか記録できなかった。
ここで、熱拡散に起因して、連続的な相変化薄膜205(図6)と孤立して配置された複数のナノ微粒子102(図5)とで、記録マークの大きさに差が出始めるのは、記録マークが30nm以下となる場合である。従って、情報を150nm以下の微小領域に記録する場合には、それぞれが孤立した150nm以下のナノ微粒子102を用いることが好ましい。
さらに、ナノ微粒子102が3nm程度まで小さくなると、熱的な揺らぎによって、記録材料103に記録された情報を安定的に保持することが困難になる。さらに、ナノ微粒子102の体積が小さくなると、記録材料103を取り囲む周辺材料との界面を形成する領域の割合が増大し、薄膜の場合に比べ界面からの放熱量が多くなる。したがって、ナノ微粒子102が近接場光により昇温された後、急激に冷却されることになり、記録材料103を結晶化に必要な時間だけ結晶化温度以上で保持することが困難になり、記録材料103の結晶化が困難となってしまう。従って、ナノ微粒子102の長径は3nm以上であることが好ましい。
なお、記録材料103の厚みは、ナノ微粒子102の配列方向の長径の1/2以上、2倍以下であることが好ましい。記録材料103の厚みがこの範囲にあることにより、近接場光を効率的にナノ微粒子102に集中させ、安定した記録を行うことが可能となる。
<情報記録媒体の製造方法>
本実施の形態1の情報記録媒体100の製造方法に関して説明する。
(1)まず、基板101(例えば、厚み0.6mm、直径(Φ)2.5インチ)を準備して、成膜装置内に配置する。
(2)その後、必要に応じて基板101上に第1反射膜106を成膜する。第1反射膜106は、第1反射膜106を構成する金属または合金からなるターゲットを、希ガス(例えば、Arガス)雰囲気中、または希ガスと反応ガス(例えば、O2ガス及びN2ガスから選ばれる少なくとも一つのガス)との混合ガス雰囲気中で直流(DC)電源、パルスDC電源、または高周波(RF)電源を用いてスパッタリングすることによって形成できる。第1反射膜106は金属または合金であるため、成膜速度を高められるDC電源、またはパルスDC電源を用いてスパッタリングすることが好ましい。
本実施の形態1の情報記録媒体100の製造方法に関して説明する。
(1)まず、基板101(例えば、厚み0.6mm、直径(Φ)2.5インチ)を準備して、成膜装置内に配置する。
(2)その後、必要に応じて基板101上に第1反射膜106を成膜する。第1反射膜106は、第1反射膜106を構成する金属または合金からなるターゲットを、希ガス(例えば、Arガス)雰囲気中、または希ガスと反応ガス(例えば、O2ガス及びN2ガスから選ばれる少なくとも一つのガス)との混合ガス雰囲気中で直流(DC)電源、パルスDC電源、または高周波(RF)電源を用いてスパッタリングすることによって形成できる。第1反射膜106は金属または合金であるため、成膜速度を高められるDC電源、またはパルスDC電源を用いてスパッタリングすることが好ましい。
(3)続いて、基板101上、あるいは第1反射膜106に、必要に応じて第1誘電体膜104を成膜する。第1誘電体膜104は、第1誘電体膜104を構成する誘電体からなるターゲットを、希ガス雰囲気中、または希ガスと反応ガス(例えば、O2ガス及びN2ガスから選ばれる少なくとも一つのガス)との混合ガス雰囲気中でRF電源を用いてスパッタリングすることによって形成できる。なお、成膜速度を高めるため、第1誘電体膜103を構成する材料に導電性の材料を微量添加してターゲットに導電性を付加し、DC電源、またはパルスDC電源を用いてスパッタリングすることもできる。また、第1誘電体膜104は、第1誘電体膜104を構成する金属からなるターゲットを、希ガスと反応ガスとの混合ガス雰囲気中でDC電源、パルスDC電源、またはRF電源を用いて反応性スパッタリングすることによっても形成できる。
あるいは、第1誘電体膜104は、単独の誘電体の各々のターゲットを複数の電源を用いて同時にスパッタリングすることによって形成することもできる。また、第1誘電体膜104は、2種以上の誘電体を組み合わせた2元系ターゲットや3元系ターゲットなどを、複数の電源を用いて同時にスパッタリングすることによって形成することもできる。これらのターゲットを使用する場合でも、スパッタリングは、希ガス雰囲気中、または希ガスと反応ガス(例えば、O2ガス及びN2ガスから選ばれる少なくとも一つのガス)との混合ガス雰囲気中で実施することができる。
(4)続いて、基板101上、第1反射膜106上、あるいは第1誘電体膜104上に、記録材料103を成膜する。記録材料103は、記録材料103を構成するM1−M2合金(M1(ただし、M1はSbまたはSn−Te)とM2(ただし、M2はSi、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuより選ばれる少なくとも一つの元素))からなるターゲットを、希ガス(例えば、Arガス)雰囲気中、または希ガスと反応ガス(例えば、O2ガス及びN2ガスから選ばれる少なくとも一つのガス)との混合ガス雰囲気中で直流(DC)電源、パルスDC電源、または高周波(RF)電源を用いてスパッタリングすることによって形成できる。記録材料103は合金であるため、成膜速度を高められるDC電源、またはパルスDC電源を用いてスパッタリングすることが好ましい。また、記録材料103は、2種以上の金属または合金ターゲットを複数の電源を用いて同時にスパッタリングすることによって形成することもできる、具体的には複数ターゲットの組み合わせとして、SbターゲットとSiターゲット、SbターゲットとTaターゲット、SbターゲットとWターゲット、Sn−TeターゲットとSiターゲット、Sn−TeターゲットとTaターゲット、SnターゲットとTeターゲットとSiターゲットなどが挙げられる。
(5)続いて、記録材料103上に、必要に応じて第2誘電体膜105を成膜する。第2誘電体膜105は、第1誘電体膜104と同様の方法で成膜できる。
(6)続いて、記録材料103あるいは第2誘電体膜105上に、必要に応じて第2反射膜107を成膜する。第2反射膜107は、第1反射膜106と同様の方法で成膜できる。
(6)続いて、記録材料103あるいは第2誘電体膜105上に、必要に応じて第2反射膜107を成膜する。第2反射膜107は、第1反射膜106と同様の方法で成膜できる。
なお、第1反射膜105と第1誘電体膜104の間、第1誘電体膜104と記録材料103の間、記録材料103と第2誘電体膜105の間、第2誘電体膜105と第2反射膜107の間に、必要に応じて界面膜(図示せず)を成膜してもよい。なお、界面膜は、第1誘電体膜104および第2誘電体膜105と同様、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物、及び弗化物より選ばれる少なくとも一つを含む材料を用いて形成することができる。
ここで、記録材料103を成膜した後、あるいは第2誘電体膜105を成膜した後に、記録材料103を孤立して配置させるため、レジストを記録材料103上、あるいは第2誘電体膜105上に例えばスピンコート法を用いて塗布し、電子線描画装置で電子線をレジストに照射後、レジストを現像して電子線を照射した部分を除去(ポジ型)、あるいは照射していない部分を除去(ネガ型)することにより、レジストに所望のパターンを形成する。なお、レジストとなる材料としては、例えば、Teの酸化物やZnS、遷移金属の酸化物などの無機物や、一般的な電子線用の有機材料からなるレジスト(例えば、日本ゼオン社製の商品名ZEP520、トクヤマ社製の商品名TEBN−1)を用いることができる。なお、レジストの材料は、記録材料103や第2誘電体膜105等とのエッチングレート比を考慮して選択することが好ましい。その後、記録材料103、第2誘電体膜105をドライエッチングすることにより、所望のパターンで記録材料103を孤立させる(ナノ微粒子102を形成する)ことができる。なお、ドライエッチングには、フッ素系ガス(CF4、SF6、CHF3など)やArガス、及びO2ガスなどを用いることができる。
また、記録材料103を覆って第2誘電体膜105を形成したのち、表面の凹凸を無くして平坦化してもよい。平坦化には、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing、CMP)やイオンミリングなどの方法を用いることができる。
なお、記録材料103上、第2誘電体膜105上、あるいは第2反射膜107上に、必要に応じて保護膜(図示せず)を形成してもよい。保護膜には、例えばDLC(Diamond−Like Carbon)膜を用いることができる。
また、記録材料103)上、第2誘電体膜105、第2反射膜107上、あるいは保護膜上に、必要に応じて潤滑膜(図示せず)を形成してもよい。潤滑膜には、例えばフッ素系溶剤の単分子膜を用いることができる。
(7)最後に、記録材料103を成膜した後、第2誘電体膜105を成膜した後、第2反射膜107を成膜した後、保護膜を形成した後、あるいは潤滑膜を形成した後、必要に応じて、記録材料103を結晶化させる初期化工程を行ってもよい。記録材料103の結晶化は、レーザビームを照射や電気炉等でのアニールすることによって行うことができる。
以上のようにして、情報記録媒体100を製造できる。
以上のようにして、情報記録媒体100を製造できる。
なお、本実施の形態1においては、各層の成膜方法としてスパッタリング法を用いたが、これに限定されず真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、またはMBE法等を用いることも可能である。
以上、本発明の実施の形態1について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づき他の実施の形態に適用することができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る高密度情報記録媒体300の一例を説明する。図7は、実施の形態2に係る情報記録媒体300の構成を示す概略斜視図である。図7に示す情報記録媒体300は、基板101上に、孤立して配置された記録材料からなる複数のナノ微粒子302を備えている。
本発明の実施の形態2に係る高密度情報記録媒体300の一例を説明する。図7は、実施の形態2に係る情報記録媒体300の構成を示す概略斜視図である。図7に示す情報記録媒体300は、基板101上に、孤立して配置された記録材料からなる複数のナノ微粒子302を備えている。
本実施の形態2では、実施の形態1と同様に、基板101上にナノ微粒子302をそれぞれ孤立した状態で配列させている。本実施の形態でのナノ微粒子302は、図7に示すように、基板101上に予め複数のピラー301からなるパターンを形成し、ピラー301上に記録材料等を形成することで、それぞれ孤立して配置された状態の複数のナノ微粒子302を形成している。
まず、図7に示すように、基板101上に円筒形のピラー301を複数形成した。ここで、各ピラー301は、幅:略3〜150nm、高さ:略3〜150nmである。このとき、ピラー301同士が接しないように各ピラー301を孤立した状態で形成した。このように、基板101上に複数のピラー301からなるパターンを形成した後、記録材料等を必要に応じて成膜した。
図8(A)〜(C)は、本実施の形態2における情報記録媒体300の一部断面の詳細を示す。
図8(A)は、ピラー301上に記録材料303を成膜した構成例の断面図である。記録材料303は、前述した実施の形態1の記録材料103と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。図8(B)は、ピラー301上に第1誘電体膜304、記録材料303および第2誘電体膜305をこの順に成膜した構成例の断面図である。第1誘電体膜304は、前述した実施の形態1の第1誘電体膜104と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。また、第2誘電体膜305は、前述した実施の形態1の第2誘電体膜105と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。図8(C)は、ピラー301上に第1反射膜306、第1誘電体膜304、記録材料303、第2誘電体膜305、第2反射膜307をこの順に成膜した構成例の断面図である。第1反射膜306は、前述した実施の形態1の第1反射膜106と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。また、第2反射膜307は、前述した実施の形態1の第2反射膜107と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。
図8(A)は、ピラー301上に記録材料303を成膜した構成例の断面図である。記録材料303は、前述した実施の形態1の記録材料103と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。図8(B)は、ピラー301上に第1誘電体膜304、記録材料303および第2誘電体膜305をこの順に成膜した構成例の断面図である。第1誘電体膜304は、前述した実施の形態1の第1誘電体膜104と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。また、第2誘電体膜305は、前述した実施の形態1の第2誘電体膜105と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。図8(C)は、ピラー301上に第1反射膜306、第1誘電体膜304、記録材料303、第2誘電体膜305、第2反射膜307をこの順に成膜した構成例の断面図である。第1反射膜306は、前述した実施の形態1の第1反射膜106と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。また、第2反射膜307は、前述した実施の形態1の第2反射膜107と同様の機能を有し、同様の材料を用いることができる。
本実施の形態2では、ピラー301は、ナノ・インプリント技術を用いて形成することができる。ナノ・インプリント技術では、例えば、基板に設ける所望のパターンとは逆のパターン(凹形状)を電子線描画によって設けた原盤(モールド)をあらかじめ準備し、このモールドを熱硬化性樹脂にガラス転移温度以上でプレスし、モールドの微細構造を樹脂に転写することによってピラー301を形成する。但し、ピラー301の形成方法はこれに限定されるものではなく、他の方法でピラー301を形成しても構わない。例えば、電子線描画によって作成したパターンに基づき、基板101をエッチングすることで形成することもできる。
また、基板101上に形成するピラー301の形状についても、図7に示すような円筒形に限定されず、球、楕円球、円錐、X(ただしXは3以上の整数)角柱、X(ただしXは3以上の整数)角錐台、略円柱、略円錐、略X(ただしXは3以上の整数角)柱、略X(ただしXは3以上の整数)角錐、ほぼ逆三角錐等であっても構わない。
上述したように、ナノ微粒子302は、孤立した状態になることが好ましい。また、ピラー301上に成膜されるナノ微粒子302はできるだけ微小化して、かつ孤立した状態の相変化ナノ微粒子302同士をできるだけ近接して設けることが、記録の高密度化の面でより好ましい。
また、記録材料303を成膜するに際し、ピラー301の側面には記録材料303が形成されないようにすることが好ましい。そのためスパッタ成膜において、ピラー301に対し、垂直性高く成膜することが好ましい。スパッタ粒子の基板に対する垂直性(指向性)を高くするには、例えば、基板とターゲットの間の距離が長くしたロングスロースパッタ装置や、基板とターゲットの間にマスクを用いた成膜方法を適用することが好ましい。また、平均自由工程を長くするため低圧や低パワーで成膜することが好ましい。これにより、ナノ微粒子302同士を容易に孤立させることができる。
上述のように、記録密度を高めるためには、孤立した状態のナノ微粒子302同士をできるだけ近接して設けることが望ましい。よって、記録密度を高めるためには、ピラー301同士の間隔が狭い方が好ましい。ただし、ピラー301同士の間隔が狭すぎると、各ピラー301の上面に形成されたナノ微粒子302同士が接触し、孤立状態が担保できなくなる可能性がある。よって、これらの点を考慮して、ピラー301同士の間隔を設計することが望ましい。
例えば、スパッタリングによって、基板101に形成されたピラー301の上面に記録材料303等を成膜する場合、スパッタ粒子としての直線性及びピラー301上に形成する相変化微粒子101の厚みに応じて、ピラー301同士の間隔を適切に設計することが望ましい。具体的には、ピラー301同士の間隔は、スパッタ厚みの約30%よりも大きくすることが好ましい。
なお、ナノ微粒子302を成膜する方法としては上記のスパッタリングに限定されるものではなく、例えば蒸着を用いることも可能である。
以上、本発明の実施の形態2について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態2に限定されず、本発明の技術的思想に基づき他の実施の形態に適用することができる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る高密度情報記録媒体の製造方法の一例を説明する。図9(A)〜(D)は、それぞれ実施の形態3に係る情報記録媒体の製造方法の各工程を示す一部断面図である。
本実施の形態3では、前述の実施の形態1と同様に、基板101上に記録材料を有するナノ微粒子401をそれぞれ孤立した状態で配列させている。
本発明の実施の形態3に係る高密度情報記録媒体の製造方法の一例を説明する。図9(A)〜(D)は、それぞれ実施の形態3に係る情報記録媒体の製造方法の各工程を示す一部断面図である。
本実施の形態3では、前述の実施の形態1と同様に、基板101上に記録材料を有するナノ微粒子401をそれぞれ孤立した状態で配列させている。
本実施の形態の情報記録媒体400の製造方法は、以下の各工程を含む。
(1)図9(A)に示すように、まず、平坦な基板101上に、エッチングし易い材料(例えば、アクリル樹脂など)からなる下地層402を一様に成膜する。そして、下地層402の上に、所望のパターン403(マスク)を形成する。具体的には、パターン403(マスク)の材料を下地層402上に一様に形成し、そこに電子線でパターン描画して現像する。
(2)その後、図9(B)に示すように、パターン403をマスクとして下地層402を酸素等でエッチングし、その後にマスクを除去することによって、所望のパターンを持った下地層402を形成する。マスクとなる材料としては、例えば、Teの酸化物やZnS、遷移金属の酸化物などの無機物や、一般的な電子ビーム用の有機材料からなるレジストを用いることができる。下地層402としては、マスクのパターン403とのエッチングレート差が大きなエッチングし易い任意の材料を選択することができ、このエッチング処理は容易に行える。
(1)図9(A)に示すように、まず、平坦な基板101上に、エッチングし易い材料(例えば、アクリル樹脂など)からなる下地層402を一様に成膜する。そして、下地層402の上に、所望のパターン403(マスク)を形成する。具体的には、パターン403(マスク)の材料を下地層402上に一様に形成し、そこに電子線でパターン描画して現像する。
(2)その後、図9(B)に示すように、パターン403をマスクとして下地層402を酸素等でエッチングし、その後にマスクを除去することによって、所望のパターンを持った下地層402を形成する。マスクとなる材料としては、例えば、Teの酸化物やZnS、遷移金属の酸化物などの無機物や、一般的な電子ビーム用の有機材料からなるレジストを用いることができる。下地層402としては、マスクのパターン403とのエッチングレート差が大きなエッチングし易い任意の材料を選択することができ、このエッチング処理は容易に行える。
(3)その後、図9(C)に示すように、下地層402のパターンが形成された基板101上に、記録材料404をスパッタリングや蒸着等により成膜する。
(4)その後、図9(D)に示すように、下地層402を下地層402の上部に形成された記録材料404ごと除去することによって、所望のパターンを持った、孤立した記録材料404(ナノ微粒子401)が配列された情報記録媒体を作製する。このようにして形成されたそれぞれ孤立した状態の記録材料404が、情報を記録するナノ微粒子401となる。具体的には、図9(C)の状態の基板101を、下地層402のみ選択的に溶解する溶剤(有機溶剤等)に浸潤すればよい。例えば、下地層402としてアクリル樹脂を用いた場合、アクリル樹脂は有機溶剤に容易に溶解し、下地層402を基板101から除去することができる。
(4)その後、図9(D)に示すように、下地層402を下地層402の上部に形成された記録材料404ごと除去することによって、所望のパターンを持った、孤立した記録材料404(ナノ微粒子401)が配列された情報記録媒体を作製する。このようにして形成されたそれぞれ孤立した状態の記録材料404が、情報を記録するナノ微粒子401となる。具体的には、図9(C)の状態の基板101を、下地層402のみ選択的に溶解する溶剤(有機溶剤等)に浸潤すればよい。例えば、下地層402としてアクリル樹脂を用いた場合、アクリル樹脂は有機溶剤に容易に溶解し、下地層402を基板101から除去することができる。
なお、図9(C)の状態において、下地層402の膜厚(高さ)が記録材料404の膜厚よりも大きくなるようにすることが望ましい。こうすることにより、下地層402が記録膜404で覆いつくされることがないので、基板101を溶剤に浸漬したときに当該溶剤が下地層402に接触して難なく下地層402を除去できるからである。
上記の情報記録媒体400の製造方法により、基板101上に、ナノ微粒子401を孤立させた状態で形成することができる。
また、必要に応じて本発明の実施の形態においても、前述の実施の形態1や2のように、誘電体膜や反射膜等を設けることができる。
上記の情報記録媒体400の製造方法により、基板101上に、ナノ微粒子401を孤立させた状態で形成することができる。
また、必要に応じて本発明の実施の形態においても、前述の実施の形態1や2のように、誘電体膜や反射膜等を設けることができる。
以上、本発明の実施の形態3について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態3に限定されず、本発明の技術的思想に基づき他の実施の形態に適用することができる。
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施の形態または実施例は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求の範囲に記載した事項から均等である本発明の技術的範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
本発明のより具体的な実施の形態について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
(実施例1)
本実施例では、情報記録媒体100の一例である図4(B)に記載した構成に関して説明する。以下、実施例1の情報記録媒体の製造方法について説明する。
(1)まず、基板101として、フッ化水素酸(HF)処理および熱処理したSi基板を用意した。
(2)そのSi基板101上に、第1反射膜106としてAg−Pd−Cu膜を厚さ40nm、第1誘電体膜104として(ZrO2)25(SiO2)25(Cr2O3)50 (mol%)を厚さ20nm、記録材料103、第2誘電体層105としてSi−Nを厚さ15nmを、順次スパッタリング法により成膜した。記録材料103の材料組成および膜厚に関しては後述する。また、第1誘電体膜および第2誘電体膜をRCWA法により、いずれの記録材料、記録材料膜厚においても、波長633nmにおける記録材料103が結晶時の反射率Rcと、記録材料103がアモルファス時の反射率Raの比(=Rc/Ra)が1.2以上または0.9以下になるように設計している。これにより、後述する結晶とアモルファスの状態を確認することが可能となる。
(実施例1)
本実施例では、情報記録媒体100の一例である図4(B)に記載した構成に関して説明する。以下、実施例1の情報記録媒体の製造方法について説明する。
(1)まず、基板101として、フッ化水素酸(HF)処理および熱処理したSi基板を用意した。
(2)そのSi基板101上に、第1反射膜106としてAg−Pd−Cu膜を厚さ40nm、第1誘電体膜104として(ZrO2)25(SiO2)25(Cr2O3)50 (mol%)を厚さ20nm、記録材料103、第2誘電体層105としてSi−Nを厚さ15nmを、順次スパッタリング法により成膜した。記録材料103の材料組成および膜厚に関しては後述する。また、第1誘電体膜および第2誘電体膜をRCWA法により、いずれの記録材料、記録材料膜厚においても、波長633nmにおける記録材料103が結晶時の反射率Rcと、記録材料103がアモルファス時の反射率Raの比(=Rc/Ra)が1.2以上または0.9以下になるように設計している。これにより、後述する結晶とアモルファスの状態を確認することが可能となる。
第1反射膜106の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.2Paとして、直流(DC)電源を用いて、投入パワー200Wで行った。第1誘電体膜104の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.13Paとして、高周波(RF)電源を用いて、投入パワー200Wで行った。記録材料103の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.13Paとして、DC電源を用いて、投入パワー100Wで行った。第2誘電体膜105の成膜は、Ar+N2ガス雰囲気で、圧力を0.4Paとして、RF電源を用いて、投入パワー200Wで行った。
(3)次に、第2誘電体膜105上に電子線描画用のレジスト(トクヤマ社製ネガ型レジスト:TEBN−1)を塗布し、電子線描画装置で電子線をレジストに照射後、レジストを現像して電子線を照射していない部分を除去することにより、レジストにΦ50nm、ピッチ100nmのパターンを形成した。その後、CF4ガスを用いてドライエッチングを行い、第2誘電体膜105、記録材料103の孤立化を行った。
(4)次に、孤立化後、記録材料103を保護する目的で、第2誘電体膜(Si−N)を再度スパッタリングにより厚さ5nm成膜した。
(5)最後に、記録材料103を波長810nmのレーザビームを照射して結晶化させる初期化工程を行った。以上のようにして、相変化する記録材料103がナノ微粒子形状を有するサンプルを試作した。
以上のようにして得られたサンプルについて、融点と結晶化温度の差について評価を行った。評価は、以下の通りに行った。
(4)次に、孤立化後、記録材料103を保護する目的で、第2誘電体膜(Si−N)を再度スパッタリングにより厚さ5nm成膜した。
(5)最後に、記録材料103を波長810nmのレーザビームを照射して結晶化させる初期化工程を行った。以上のようにして、相変化する記録材料103がナノ微粒子形状を有するサンプルを試作した。
以上のようにして得られたサンプルについて、融点と結晶化温度の差について評価を行った。評価は、以下の通りに行った。
サンプルを可動式のXYZステージに乗せ、対物レンズ(NA=0.7)を通してサンプルにレーザを照射する。レーザの波長は、532nmであり、パルス幅は、50psのガウシアンビームである。レーザのスポット径は、約φ1μmであり、ジャストフォーカスにあるようステージ高さを調整した。また、参照光として白色LEDを、波長633nmを透過するフィルタを介してサンプルに照射し、サンプルからの反射光をCCD(Charge Coupled Device)に取り込むことで、サンプルからの反射光量変化をモニタした。
前述のように、相変化材料において融点以上に昇温し急冷することで結晶をアモルファス化することができる。そこで初期化したサンプル(=結晶部)に50psレーザ(波長532nm)のレーザパワーを変えて照射し、反射光量に変化が生じたパワー(Paとする)を記録材料103の溶融開始点をし、融点と相関づけた。また、同様に前述したように、相変化材料において結晶化温度以上に昇温し徐冷することで、アモルファスを結晶化することができる。そこで1msレーザ(波長810nm)のレーザパワーを変えて照射し、反射光量に変化が生じたパワー(Pcとする)を記録材料103の結晶化開始点をし、結晶化温度と相関づけた。従来サンプル(=基準サンプル)のPa、PcをそれぞれPa0、Pc0とし、作製したサンプルの(Pa−Pa0)/Pa0が0より大きく、かつ{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が0以上であれば、融点が上昇し、かつ融点と結晶化温度の差が大きくなっていることを示すため、情報記録媒体における記録・消去のパワーマージンが広がったことを意味する。
また、結晶化能の評価は、50psレーザ(波長532nm)を用いてアモルファス化した領域に繰り返し照射数を変えて照射し、反射光量に変化が生じた照射数(Ncとする)により行った。つまり、照射数Ncが少ないほど結晶化能が高いことを意味する。また、このとき用いたレーザパワーは各サンプルにおいて、アモルファス化開始パワー(Pw)の0.7倍のパワーとした。つまり従来サンプル(=基準サンプル)のNcをNc0とし、Nc/Nc0<1なら従来サンプルより結晶化能が高く、Nc/Nc0>1なら従来サンプルより結晶化能が低くなっていることを示す。
融点上昇の評価について、(Pa−Pa0)/Pa0が0.1以上を++、0より大きく0.1より小さいものを+、0以下のものを−とした。また、記録・消去のパワーマージンの評価において、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が0以上のものを+、0より小さいものを−とした。
また、結晶化能の評価において、Nc/Nc0<1であるものを+、Nc/Nc0=1であるものを0、1<Nc/Nc0≦10であるものを−、10<Nc/Nc0≦100であるものを−−、Nc/Nc0>100であるものを−−−とした。ただし、−−以上のレベルであれば実用性レベルは満足している。
さらに、反射光量の変化に関して、例えばRc>Raであるとき、モニタされる像の様子は、結晶をアモルファス化(記録)するときは、光量変化は明から暗となり、アモルファスを結晶化(消去)するときは、光量変化は暗から明となる。
本実施例の情報記録媒体100の一例として、記録材料103に第1元素M1としてSbを選択し、第2元素M2としてSi、Ta、W、Mo、B、Ru、Hf、Ir、Ta及びWから選択した、Sb98Si2、Sb98Ta2、Sb98W2、Sb98Mo2、Sb98B2、Sb98Ru2、Sb98Hf2、Sb98Ir2およびSb98Ta1W1(いずれも原子%)を作製した。記録材料103の膜厚は、いずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に1−101〜1−109とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料103にSbを厚さ50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表1に示す。なお、表1には、各サンプルNo.、記録材料の組成、融点上昇評価((Pa−Pa0)/Pa0)、パワーマージン評価({(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0})、結晶化能評価(Nc/Nc0)をそれぞれ示した。
表1に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。また、サンプル番号1−101〜1−106および1−109においては、(Pa−Pa0)/Pa0が++であり、特に融点の上昇が大きいことが示された。サンプル番号1−104〜1−108において結晶化能が−であるが、前述の通り実用上問題なく、いずれのサンプルにおいても、記録・消去のパワーマージンが広く良好な特性が得られた。
本実施例の情報記録媒体100の別の一例として、記録材料103に第1元素M1としてSbを選択し、第2元素M2としてTaまたはWを選択し、その組成比を変化させたサンプルを作製した。具体的な組成比として、Sb95Ta5、Sb90Ta10、Sb87Ta13、Sb85Ta15、Sb82Ta18、Sb95W5、Sb90W10、Sb87W13、Sb85W15およびSb82W18(いずれも原子%)を作製した。記録材料103の膜厚はいずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に1−201〜1−210とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料103にSbを50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表2に示す。
表2に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。サンプル番号1−204、1−205、1−209および1−210のサンプルにおいて、結晶化能が−−であり、やや結晶化能の低下が大きいため、第2元素M2の添加量は15原子%より少ないことが好ましいことが示された。
本実施例の情報記録媒体100の別の一例として、記録材料103に第1元素M1としてSn50Te50(原子%)を選択し、第2元素M2として、Si、Ta、W、Mo、B、Ru、Hf、Ir、Ta及びWを選択した、(Sn50Te50)98Si2、(Sn50Te50)98Ta2、(Sn50Te50)98W2、(Sn50Te50)98Mo2、(Sn50Te50)98B2、(Sn50Te50)98Ru2、(Sn50Te50)98Hf2、(Sn50Te50)98Ir2および(Sn50Te50)98Ta1W1(いずれも原子%)を作製した。記録材料103の膜厚は、いずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に1−301〜3−109とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料103にSn50Te50を50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表3に示す。
表3に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。また、サンプル番号1−301〜1−306および1−309においては、(Pa−Pa0)/Pa0が++であり、特に融点の上昇が大きいことが示された。1−304〜1−308において結晶化能が−であるが、前述の通り実用上問題なく、いずれのサンプルにおいても、パワーマージンが広く良好な特性が得られた。
本実施例の情報記録媒体100の別の一例として、記録材料103に第1元素M1としてSn−Teを選択し、第2元素M2としてSiを選択し、第1元素M1におけるSnとTeの組成比を変化させたサンプルを作製した。具体的な組成比として、(Sn44Te56)98Si2、(Sn46Te54)98Si2、(Sn47Te53)98Si2、(Sn49Te51)98Si2、(Sn51Te49)98Si2、(Sn53Te47)98Si2、(Sn54Te46)98Si2および(Sn56Te44)98Si2(いずれも原子%)を作製した。記録材料103の膜厚はいずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に1−401〜1−408とした。これらのサンプルの基準サンプルとして、記録材料103に(Sn50Te50)98Si2を50nm適用したサンプル(=1−301)を作製した。評価結果を表4に示す。
表4に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。サンプル番号1−401、1−402、1−407および1−40の8サンプルにおいて、結晶化能が−−であり、やや結晶化能の低下が大きいため、Sn量は47原子%以上53原子%以下が好ましいことが示された。
本実施例の情報記録媒体100の別の一例として、記録材料103に第1元素M1としてSbを選択し、第2元素M2としてTaを選択し、その膜厚を変化させたサンプルを作製した。具体的な組成比として、Sb98Ta2(原子%)であり、その膜厚を3nm、4nm、5nm、7nm、10nm、20nm、30nm、100nm、120nmおよび150nmとした作製した。各サンプルのサンプルナンバーを順に1−501〜1−510とした。これらのサンプルの基準サンプルとして、記録材料103にSb98Ta2(原子%)を膜厚50nm適用したサンプル(=1−102)を作製した。評価結果を表5に示す。
表5に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。サンプル番号1−501、1−502のサンプルにおいて、結晶化能が−−であり、やや結晶化能の低下が大きいため、記録材料膜厚(高さ)は5nm以上であることが好ましいことが示された。また、高さ150nmより高いものに関しては、孤立化時のエッチングプロセスにおいて、記録材料もエッチングされてしまうことから作製が困難であり、プロセス面から記録材料膜厚は150nm以下であることが好ましい。
本実施例の情報記録媒体100の別の一例として、記録材料103に第1元素M1としてSbを選択し、第2元素M2としてTaを選択し、前述の実施例まではΦ50nm、ピッチ100nmとしていた孤立化した記録材料103の直径を変化させたサンプルを作製した。具体的な組成比として、Sb98Ta2(原子%)であり、記録材料からなるナノ微粒子の直径を2nm、3nm、5nm、7nm、10nm、20nm、30nm、100nm、120nmおよび150nmとした作製した。ピッチはそれぞれ4nm、6nm、10nm、14nm、20nm、60nm、200nm、240nmおよび300nmである。記録材料103の膜厚はいずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に1−601〜1−610とした。これらのサンプルの基準サンプルとして、記録材料103にSb98Ta2(原子%)を50nmで、Φ50nm、ピッチ100nmにナノ微粒子加工した適用したサンプル(=1−102)を作製した。評価結果を表6に示す。
表6に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。サンプル番号1−601のサンプルにおいて、結晶化能が−−であり、やや結晶化能の低下が大きいため、記録材料の直径は3nm以上であることが好ましいことが示された。
上記と同様に第1元素M1および第2元素M2におけるすべての元素・材料で検証を行ったところ、上記と同様の結果が得られた。
以上のように、実施例1において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
以上のように、実施例1において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
(実施例2)
本実施例2では、情報記録媒体100の一例である図4(C)に記載した構成に関して説明する。以下、実施例2の情報記録媒体の製造方法について説明する。
なお、基板101、第1反射膜106、第1誘電体膜104、第2誘電体膜105に関しては実施例1と同様の材料、同様の膜厚、同様の作製方法、また同様の孤立化プロセスを用いた。本実施例2の情報記録媒体100において、第2誘電体膜105上に第2反射膜を形成した。第2反射膜107の材料にはAg−Pd−Cuを用い、その膜厚は4nmとした。第2反射膜107の膜厚は、FDTD法(Finite−Difference Time−Domain Method)による電磁場解析より、プラズモン共鳴に最適な膜厚として決定した。第2反射膜107の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.2Paとして、直流(DC)電源を用いて、投入パワー200Wで行った。
以上のように作製された情報記録媒体100について、実施例1と同様の方法で、記録・消去のパワーマージおよび結晶化能を評価した。
本実施例2では、情報記録媒体100の一例である図4(C)に記載した構成に関して説明する。以下、実施例2の情報記録媒体の製造方法について説明する。
なお、基板101、第1反射膜106、第1誘電体膜104、第2誘電体膜105に関しては実施例1と同様の材料、同様の膜厚、同様の作製方法、また同様の孤立化プロセスを用いた。本実施例2の情報記録媒体100において、第2誘電体膜105上に第2反射膜を形成した。第2反射膜107の材料にはAg−Pd−Cuを用い、その膜厚は4nmとした。第2反射膜107の膜厚は、FDTD法(Finite−Difference Time−Domain Method)による電磁場解析より、プラズモン共鳴に最適な膜厚として決定した。第2反射膜107の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.2Paとして、直流(DC)電源を用いて、投入パワー200Wで行った。
以上のように作製された情報記録媒体100について、実施例1と同様の方法で、記録・消去のパワーマージおよび結晶化能を評価した。
本実施例2の情報記録媒体100の一例として、記録材料103に第1元素M1としてSbを選択し、第2元素M2としてSi、Ta、W、B、Ru、Hf、Ir、Ta及びWを選択した、Sb98Si2、Sb98Ta2、Sb98W2、Sb98Mo2、Sb98B2、Sb98Ru2、Sb98Hf2、Sb98Ir2およびSb98Ta1W1(いずれも原子%)を作製した。記録材料103の膜厚はいずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に2−101〜2−109とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料103にSbを50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表7に示す。
表7に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。また、2−101〜2−106および2−109においては、(Pa−Pa0)/Pa0が++であり、特に融点の上昇が大きいことが示された。2−104〜2−108において結晶化能が−であるが、前述の通り実用上問題なく、いずれのサンプルにおいても、パワーマージンが広く良好な特性が得られた。
上記と同様に、第1元素M1および第2元素M2におけるすべての元素・材料で検証を行ったところ、上記と同様の結果が得られた。
以上のように、実施例2において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
以上のように、実施例2において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
(実施例3)
本実施例3では、情報記録媒体300の一例である図8(B)に記載した構成に関して説明する。以下、実施例3の情報記録媒体の製造方法について説明する。
(1)まず、基板101として厚み0.6mm、Φ2.5インチのガラス基板を準備し、そのガラス基板上に実施の形態2で説明したナノ・インプリントにより、熱硬化性樹脂にドットパターンを転写してΦ50nm、ピッチ100nm、高さ50nmのピラー301を形成した。
本実施例3では、情報記録媒体300の一例である図8(B)に記載した構成に関して説明する。以下、実施例3の情報記録媒体の製造方法について説明する。
(1)まず、基板101として厚み0.6mm、Φ2.5インチのガラス基板を準備し、そのガラス基板上に実施の形態2で説明したナノ・インプリントにより、熱硬化性樹脂にドットパターンを転写してΦ50nm、ピッチ100nm、高さ50nmのピラー301を形成した。
(2)そのピラー301上に、第1反射膜306としてAg−Pd−Cu膜を10nm、第1誘電体膜304として(ZrO2)25(SiO2)25(Cr2O3)50 (mol%)を20nm、記録材料303、第2誘電体層305して、(ZrO2)25(SiO2)25(Cr2O3)50を15nm順次スパッタリング法により成膜した。記録材料303の材料組成および膜厚に関しては後述する。また、第1誘電体膜および第2誘電体膜をRCWA法により、いずれの記録材料、記録材料膜厚においても、波長633nmにおける記録材料303が結晶時の反射率Rcと、記録材料303がアモルファス時の反射率Raの比(=Rc/Ra)が1.2以上または0.9以下になるように設計している。これにより、後述する結晶とアモルファスの状態を確認することが可能となる。
本実施例3では、基板−ターゲット間の距離が約30cmのロングスロースパッタ装置を用いて成膜を行った。前述の通りロングスロースパッタ装置を用いることで、スパッタ粒子を直進性高くピラー301上に付着させることができ、ピラー301の側壁部への膜付着を抑制することができる。第1反射膜306の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.2Paとして、直流(DC)電源を用いて、投入パワー200Wで行った。第1誘電体膜304の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.13Paとして、高周波(RF)電源を用いて、投入パワー200Wで行った。記録材料103の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.13Paとして、DC電源を用いて、投入パワー100Wで行った。第2誘電体膜305の成膜は、Arガス雰囲気で、圧力を0.13Paとして、RF電源を用いて、投入パワー200Wで行った。
最後に、記録材料303を波長810nmのレーザビームで結晶化させる初期化工程を行った。以上のようにして、相変化する記録材料303がナノ微粒子形状を有するサンプルを試作した。
以上のように作製された情報記録媒体300について、実施例1と同様の方法で、記録・消去のパワーマージおよび結晶化能を評価した。
以上のように作製された情報記録媒体300について、実施例1と同様の方法で、記録・消去のパワーマージおよび結晶化能を評価した。
本実施例の情報記録媒体300の一例として、記録材料303に第1元素M1としてSbを選択し、第2元素M2として、Si、Ta、W、Mo、B、Ru、Hf、Ir、Ta及びWを選択した、Sb98Si2、Sb98Ta2、Sb98W2、Sb98Mo2、Sb98B2、Sb98Ru2、Sb98Hf2、Sb98Ir2、Sb98Ta1W1、Sb95Ta5、Sb95W5およびSb95Ta3W2(いずれも原子%)を作製した。記録材料303の膜厚はいずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に3−101〜3−112とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料303にSbを50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表8に示す。
表8に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。また、3−101〜3−106および3−109〜3−112においては、(Pa−Pa0)/Pa0が++であり、特に融点の上昇が大きいことが示された。サンプル番号3−104〜3−108および3−109〜3−112において結晶化能が−であるが、前述の通り実用上問題なく、いずれのサンプルにおいても、記録・消去のパワーマージンが広く良好な特性が得られた。
本実施例の情報記録媒体300の別の一例として、記録材料303に第1元素M1としてSn50Te50(原子%)を選択し、第2元素として、Si、Ta、W、Mo、B、Ru、Hf、Ir、Ta及びWを選択した、(Sn50Te50)98Si2、(Sn50Te50)98Ta2、(Sn50Te50)98W2、(Sn50Te50)98Mo2、(Sn50Te50)98B2、(Sn50Te50)98Ru2、(Sn50Te50)98Hf2、(Sn50Te50)98Ir2、(Sn50Te50)98Ta1W1、(Sn50Te50)95Ta5、(Sn50Te50)95W5および(Sn50Te50)95Ta3W2(いずれも原子%)を作製した。記録材料303の膜厚はいずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に3−201〜3−212とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料303にSn50Te50を50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表9に示す。
表9に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。また、サンプル番号3−201〜3−206および3−209〜3−212においては、(Pa−Pa0)/Pa0が++であり、特に融点の上昇が大きいことが示された。3−204〜3−208および3−209〜3−212において結晶化能が−であるが、前述の通り実用上問題なく、いずれのサンプルにおいても、記録・消去のパワーマージンが広く良好な特性が得られた。
上記と同様にM1およびM2におけるすべての元素・材料で検証を行ったところ、上記と同様の結果が得られた。
以上のように、実施例3において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
以上のように、実施例3において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
(実施例4)
本実施例4では、情報記録媒体400の一例に関して説明する。以下、実施例4の情報記録媒体の製造方法について説明する。
(1)まず、基板101として厚み0.6mm、Φ2.5インチのガラス基板を準備し、そのガラス基板上に下地層402として厚み500nmのアクリル樹脂を塗布した。次に、実施の形態3で説明した方法により、下地層402に所望のパターン403を転写した下地層402を形成した。
(2)その後、下地層402上に記録材料404をスパッタリング法により50nm成膜した。装置は基板とスパッタリングターゲットの距離は30cmとしたロングスロースパッタ装置を用い、できる限り下地層402の側壁部に膜が付着しないような条件とした。記録材料404の材料組成に関しては後述する。スパッタ条件に関しては実施例3と同様である。
本実施例4では、情報記録媒体400の一例に関して説明する。以下、実施例4の情報記録媒体の製造方法について説明する。
(1)まず、基板101として厚み0.6mm、Φ2.5インチのガラス基板を準備し、そのガラス基板上に下地層402として厚み500nmのアクリル樹脂を塗布した。次に、実施の形態3で説明した方法により、下地層402に所望のパターン403を転写した下地層402を形成した。
(2)その後、下地層402上に記録材料404をスパッタリング法により50nm成膜した。装置は基板とスパッタリングターゲットの距離は30cmとしたロングスロースパッタ装置を用い、できる限り下地層402の側壁部に膜が付着しないような条件とした。記録材料404の材料組成に関しては後述する。スパッタ条件に関しては実施例3と同様である。
(3)その後、サンプルを有機溶媒に浸漬することによって、下地層402のアクリル樹脂が溶解し、下地層402の上部に形成された薄膜ごと除去して、所望のパターン(Φ50nm、ピッチ100nm)で孤立したナノ微粒子401が配列したサンプルを作製した。
(4)最後に、記録材料404を波長810nmのレーザビームで結晶化させる初期化工程を行った。以上のようにして、相変化する記録材料303がナノ微粒子形状を有するサンプルを試作した。
(4)最後に、記録材料404を波長810nmのレーザビームで結晶化させる初期化工程を行った。以上のようにして、相変化する記録材料303がナノ微粒子形状を有するサンプルを試作した。
本実施例の情報記録媒体400の一例として、記録材料404に第1元素M1としてSbを選択し、第2元素M2として、Si、Ta、W、Mo、B、Ru、Hf、Ir、Ta及びWを選択した、Sb98Si2、Sb98Ta2、Sb98W2、Sb98Mo2、Sb98B2、Sb98Ru2、Sb98Hf2、Sb98Ir2、Sb98Ta1W1、Sb95Ta5、Sb95W5およびSb95Ta3W2(いずれも原子%)を作製した。記録材料404の膜厚はいずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に4−101〜4−112とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料404にSbを50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表10に示す。
結果、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。また、4−101〜4−106および4−109〜4−112においては、(Pa−Pa0)/Pa0が++であり、特に融点の上昇が大きいことが示された。サンプル番号4−104〜4−108および4−109〜4−112において結晶化能が−であるが、前述の通り実用上問題なく、いずれのサンプルにおいても、記録・消去のパワーマージンが広く良好な特性が得られた。
本実施例4の情報記録媒体400の別の一例として、記録材料404に第1元素M1としてSn50Te50(原子%)を選択し、第2元素M2として、Si、Ta、W、Mo、B、Ru、Hf、Ir、Ta及びWを選択した、(Sn50Te50)98Si2、(Sn50Te50)98Ta2、(Sn50Te50)98W2、(Sn50Te50)98Mo2、(Sn50Te50)98B2、(Sn50Te50)98Ru2、(Sn50Te50)98Hf2、(Sn50Te50)98Ir2、(Sn50Te50)98Ta1W1、(Sn50Te50)95Ta5、(Sn50Te50)95W5および(Sn50Te50)95Ta3W2(いずれも原子%)を作製した。記録材料303の膜厚は、いずれも50nmである。各サンプルのサンプルナンバーを順に4−201〜4−212とした。これらのサンプルの基準(従来)サンプルとして、記録材料404にSn50Te50を50nm適用したサンプルを作製した。評価結果を表11に示す。
表11に示すように、いずれのサンプルにおいても、{(Pa−Pa0)/Pa0}−{(Pc−Pc0)/Pc0}が+であり記録・消去のパワーマージンが広がっていることが示された。また、4−201〜4−206および4−209〜4−212においては、(Pa−Pa0)/Pa0が++であり、特に融点の上昇が大きいことが示された。4−204〜4−208および4−209〜4−212において結晶化能が−であるが、前述の通り実用上問題なく、いずれのサンプルにおいても、記録・消去のパワーマージンが広く良好な特性が得られた。
上記と同様にM1およびM2におけるすべての元素・材料で検証を行ったところ、上記と同様の結果が得られた。
以上のように、実施例4において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
以上のように、実施例4において、従来を上回る特性を有する情報記録媒体が得られた。
本発明に係る情報記録媒体は、微細加工しナノ微粒子形状の記録材料を有する大容量な書換え型光学的情報記録媒体とし利用できる。その記録容量は、例えばDVDやBlu−ray Discといった今日の情報記録媒体を大幅に上回るものである。さらに、電気的情報記録媒体として、不揮発性半導体メモリ(Phase change Random Access Memory、PRAM)等の用途にも応用することが可能である。
100、300、400 情報記録媒体
102、302、401 記録材料からなるナノ微粒子
103、303、404 記録材料
104、304 第1誘電体膜
105、305 第2誘電体膜
106、306 第1反射膜
107、307 第2反射膜
201 アンテナ
202 光
203 アンテナの頂点
204 偏光方向
205 相変化薄膜
402 下地層
403 パターン
102、302、401 記録材料からなるナノ微粒子
103、303、404 記録材料
104、304 第1誘電体膜
105、305 第2誘電体膜
106、306 第1反射膜
107、307 第2反射膜
201 アンテナ
202 光
203 アンテナの頂点
204 偏光方向
205 相変化薄膜
402 下地層
403 パターン
Claims (13)
- 基板と、
前記基板上に孤立して配置され、結晶相と非結晶相との間で相変化を起こす記録材料からなる複数のナノ微粒子と、
を備え、
前記記録材料は、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金からなる、情報記録媒体。 - 前記記録材料は、第2元素M2が15原子%より少ないことを特徴とする請求項1に記載の情報記録媒体。
- 前記記録材料は、第1元素M1がSn−Teであり、Snが47原子%以上、53%原子%以下である、請求項1に記載の情報記録媒体。
- 前記記録材料は、第2元素M2がSi、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Y、PtおよびAuより選ばれる一つの元素である請求項1に記載の情報記録媒体。
- 前記ナノ微粒子は、その周囲が誘電体膜で覆われた、請求項1に記載の情報記録媒体。
- 前記ナノ微粒子は、配列面に水平に切断したときに最大となる直径が3nm以上、150nm以下である、請求項1に記載の情報記録媒体。
- 前記ナノ微粒子は、配列面に垂直に切断したときに最大となる高さが5nm以上、150nm以下である、請求項1に記載の情報記録媒体。
- 前記ナノ微粒子は、近接場光を用いて情報を記録可能であることを特徴とする請求項1に記載の情報記録媒体。
- 基板を用意する工程と、
前記基板上に、複数のピラーを孤立して配置する工程と、
前記ピラーの上に、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む合金を含む記録材料を設ける工程と、
を含む、情報記録媒体の製造方法。 - 前記ピラーは、直径が3nm以上であって、100nm以下である、請求項9に記載の情報記録媒体の製造方法。
- 前記ピラーの上に記録材料を設ける工程では、前記記録材料を含むターゲットを用いて、スパッタリング法によって前記ピラーの上に記録材料を設ける、請求項9に記載の情報記録媒体の製造方法。
- 基板を用意する工程と、
前記基板上に、SbとSn−Teからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1元素M1と、Si、W、Ta、Mo、B、Ru、Nb、Ti、V、Ni、Al、Fe、Zr、Hf、Re、Os、Ir、Y、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2元素M2と、を含む記録材料からなる膜を形成する工程と、
前記記録材料からなる膜上に配列面に水平に切断したときに最大となる直径が3nm以上、100nm以下のパターンを有するマスクを形成する工程と、
前記パターンが形成された以外の領域の前記記録材料からなる膜をエッチングによって除去して、前記基板上に孤立して配置された、前記記録材料からなる複数のナノ微粒子を形成する工程と、
を含む情報記録媒体の製造方法。 - 前記記録材料からなる膜を形成する工程では、前記記録材料を含むターゲットを用いて、スパッタリング法によって前記記録材料からなる膜を形成する、請求項12に記載の情報記録媒体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012116350A JP2013242946A (ja) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | 情報記録媒体、並びに情報記録媒体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012116350A JP2013242946A (ja) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | 情報記録媒体、並びに情報記録媒体の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013242946A true JP2013242946A (ja) | 2013-12-05 |
Family
ID=49843674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012116350A Pending JP2013242946A (ja) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | 情報記録媒体、並びに情報記録媒体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013242946A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11214511B2 (en) | 2016-06-17 | 2022-01-04 | Corning Incorporated | Transparent, near infrared-shielding glass ceramic |
-
2012
- 2012-05-22 JP JP2012116350A patent/JP2013242946A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11214511B2 (en) | 2016-06-17 | 2022-01-04 | Corning Incorporated | Transparent, near infrared-shielding glass ceramic |
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