JP3858609B2

JP3858609B2 - 情報記録方法及び情報記録媒体

Info

Publication number: JP3858609B2
Application number: JP2001045718A
Authority: JP
Inventors: 博三浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP2002251806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子線露光技術を使って高密度記録を実現する新規な情報記録再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの光ディスクでは、基板面にピット（凹凸）を形成し情報を記録する。ピットは、次のように作成する。
▲１▼基板上に形成されたレジスト膜にレーザービームを照射し情報ピットとするパターンを露光する。
▲２▼露光したレジスト膜を現像し基板上に凹凸のレジストパターンを形成し原盤とする。
▲３▼原盤からスタンパーを形成し、得られたスタンパーを用いてポリカーボネート等の合成樹脂を加熱プレス加工、もしくは射出成形加工し、凹凸を転写し情報ピットを形成する。
【０００３】
近年、光ディスクの高密度化に伴い、情報ピットの寸法を縮小し、微小ピットの長さや深さを精度良く形成することが技術課題となっている。
これに対して、光ディスクなど情報記録媒体のさらなる高密度化を実現する技術として『電子線露光技術』が注目されている。例えば、特開平１１−３２８７５０号公報や特開平９−２７４７２２号公報には、『電子線露光技術』により微小なピットを形成する方法が開示されている。
この『電子線露光技術』は、電子線露光で原盤（レジストパターン）を作成し、原盤からスタンパーを作成し、スタンパーを転写して基板にピットや溝を転写する技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピット長を０. １μｍ近傍まで縮小すると、原盤（レジストパターン）はできても、原盤のパターンの基板への転写が極めて困難になる。電子線露光技術を使ってピット長が０. １μｍ近傍のレジストパターン（現在市販されているＤＶＤ−ＲＯＭ（４. ７ＧＢ）最小ピット長は０. ４μｍ程度）を形成した例は多数報告されているが、パターンを転写した例は見あたらない。すなわち、『転写により凹凸で情報を記録する』方法は限界に達している。
【０００５】
また、光ディスクではポリカーボネトが基板材料に用いられているが、ポリカーボネトの吸収端は４００ｎｍ付近にある。今後、青色レーザーから紫外レーザーへと、レーザービームの波長がさらに短波長化されると、基板での光の吸収が無視できなくなる。すなわち、新たな基板材料が求められている。
【０００６】
また、近接場光を利用した記録方式では、光学ヘッドを媒体に近接させヘッド近傍で発生する波長以下の径の光スポットによって高密度記録を実現する。このような記録方式では、ヘッドと媒体表面の間隔を数十ｎｍに制御する必要がある。すなわち、ピットなどの凹凸が媒体表面に存在すると間隔の制御が極めて難しくなる。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電子線露光技術を用いて、ビット（凹凸）によらずに情報を記録する新規な情報記録再生方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の情報記録再生方法の発明は、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｓｒ、の群から選ばれる少なくとも１つの元素を含有するフッ素化合物を記録層とする媒体に対して、記録情報に応じて強度が変化する電子線を照射してフッ素化合物からフッ素元素を解離して照射位置の組成を変化させ、該電子線が照射された記録部分と照射されなかった未記録部分とを前記記録層に生成し、該記録情報を再生する際、一定強度の電子線を照射し、前記記録部分と前記未記録部分の２次電子もしくは反射電子の強度変化を検出することによって該記録情報を再生することを特徴とする情報記録再生方法。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の情報記録再生方法において、該記録情報を再生する際、波長が１３０〜４５０ｎｍの範囲にあるレーザ光を照射し、前記記録部分と前記未記録部分との反射光量もしくは透過光量の変化を検出することによって該記録情報を再生することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の情報記録再生方法において、該記録情報を再生する際、前記記録層との間隔がレーザ光の波長以下の距離に設置した微小開口を通してレーザ光を照射し、前記記録部分と前記未記録部分との反射光量の変化を検出することによって該記録情報を再生することを特徴とする。
【００１７】
以下、本発明に係わる情報記録再生方法を、実施の形態によって詳細に説明する。
【００１８】
＜情報記録方法・情報記録媒体＞
本発明に係る情報記録方法は、フッ素原子を含有するハロゲン化合物を媒体として、電子線により情報を記録する。このように、記録材料にフッ素原子を含有するハロゲン化合物を用い、好ましくはＣａＦ₂、ＢａＦ₂、ＳｍＦ₂、ＳｒＦ₂のいずれか１つ、または複数の組み合わせを採用し、記録層にこのハロゲン化合物を含有する。とする。以下の説明では、ハロゲン化合物としてＣａＦ２を採用した例を説明する。
【００１９】
情報の記録は、電子線により行う。ＣａＦ₂は電子線照射により着色する材料である。電子線によってフッ素が解離しＣａになるためである。このような性質を有する材料に対して、収束した電子線を記録情報に応じてＯＮ／ＯＦＦし照射する。電子線照射部分ではＦが解離しＣａもしくはＣａＦｘ（ｘ＜２）の状態が形成できる。未照射部分はＣａＦ₂の状態のままである。本発明による情報記録媒体では、電子線照射に伴う組成変化によって情報を記録する。
【００２０】
ＣａＦ₂ はバルク状であってもよい。また、薄膜状態で支持基板上に形成しても構わない。この場合、ＣａＦ₂ の膜厚は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、特に、５から５０ｎｍの範囲内であることが望ましい。この膜厚範囲では、電子線の膜厚方向での拡散が制限でき、より微小な記録ドメインが形成できる。支持基板としてはポリカーボネトなどの合成樹脂やガラス、石英などの透明基板を用いることができる。また、電気抵抗が１００Ω・ｃｍ以下、好ましくは１Ω・ｃｍ以下の低抵抗基板を用いてもよい。低抵抗基板としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの半導体材料や、Ａｌ、ＡｌＭｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属材料などの内の少なくとも１つ、または複数を採用できる。低抵抗基板は電子線による媒体のチャージアップを抑制する。
【００２１】
＜情報記録装置、情報再生装置、情報再生方法＞
図１は本発明に係る情報記録装置の概略図である。ここで用いる装置は、従来のＲＯＭ製造で使われている電子線露光装置と基本構成は同じであるが、電子線検出手段を付加した点が本装置の特徴である。
【００２２】
この情報記録装置は、電子線発生手段、記録信号に応じて電子線の媒体表面への照射量を変調させる手段、電子線を偏向させる手段、収束させる手段、記録媒体の位置制御手段および電子線検出器を備える。
図１では、電子線発生手段として、電界放射型の電子銃１０１を採用する。
記録信号に応じて電子線照射量を変調させる手段としては、ビーム変調電極１０２およびアパーチャー１０３を採用する。この手段は、信号に応じて、ビーム変調電極によりビームの経路を直進もしくは曲折させる。曲折されたビームはアパーチャー１０３で蹴られることから、ビームを信号に応じてＯＮ／ＯＦＦすることができる。
電子線を偏向させる手段として、偏向電極１０４を、収束させる手段として、対物レンズ１０５をそれぞれ採用する。
記録媒体１０６は、位置制御手段であるスピンドルモータ１０７および送りステージ１０８により、回転およびＸ−Ｙ方向への移動が可能である。情報記録媒体がディスク形状である場合には、スピンドルモータ１０７によりディスクを回転した状態でラジアル方向にビーム位置を走査する。ビーム位置の粗動は送りステージ１０８で行い、微動は偏向電極１０４で行う。
【００２３】
この装置は、情報記録媒体の回転軸に対して螺旋状もしくは同心円状に情報が記録できる。
また、電子線検出手段として、２次電子検出器もしくは反射電子検出器を備える。好ましくは、電子線検出器１０９を２次電子検出器とする。電子線で上記情報記録媒体に情報を記録した場合、記録部分はＣａもしくはＣａＦｘ（ｘ＜２）となり、未記録部分はＣａＦ₂となる。このように、記録部分と未記録部分とで組成が異なることから、電子線を照射した際に発生する２電子放出効率が記録・未記録部分で異なる。すなわち、記録部分は２次電子強度が強く、未記録部分では弱いため、２次電子の強度変化を検出することによって記録情報を再生できる。
【００２４】
記録情報は、次のような再生装置で再生することもできる。
上記した情報記録媒体は、記録部分がＣａもしくはＣａＦｘ（ｘ＜２）であり、未記録部分がＣａＦ₂である。ＣａＦ₂は真空紫外領域（波長１３０ｎｍ付近）から赤外領域（波長１０μｍ付近）まで優れた透過性を有する材料である。そして、ＣａＦ₂からフッ素が解離しＣａもしくはＣａＦｘ（ｘ＜２）の状態になると、光の吸収が大きくなる。
従って、レーザービームなど上記波長範囲の光を媒体に照射した場合、記録部分と未記録部分とでは、透過光量もしくは反射光量に差が生じるため、光量変化を検出することによって記録情報を再生できる。ＣａＦ₂は真空紫外領域までの波長において透過性を有することから、１３０〜４５０ｎｍの波長範囲にある紫外および青色レーザーにも対応する。
【００２５】
（実施例）
以下に実施例を示すが、本発明は実施例に限定されて解釈されるものではない。
図２には情報記録媒体の構成２０〜２３を示す。
２０には、媒体の構成を示す。２０１はＡｌ基板であり、厚みは０. ８ｍｍである。基板の電気抵抗率は、１×１０Ｅ- ３Ω・ｃｍである。２０２はＲＦスパッタ法により成膜したＣａＦ₂ 層であり、膜厚は５０ｎｍである。板厚１ｍｍのバルク状のＣａＦ₂ で測定した透過率は、波長１５０ｎｍで８０% 、２００ｎｍで９０% 、４００ｎｍで９５% であり、短波長領域においても高い透光性を有する。
【００２６】
図中、２１は記録状態を示す。１０１は電子銃であり、１０２は電子線変調電極である。２１２は記録信号であり、変調電極により電子線をＯＮ／ＯＦＦする。２１３は記録部分（記録マーク）であり、２１４は未記録部分のＣａＦ₂である。２１５は媒体の移動方向を示している。電子線の加速電圧は２０ｋＶであり、エミッション電流は３０ｕＡである。記録ビーム径は１００ｎｍである。以上の条件でマーク長１００ｎｍでＤｕｔｙ＝５０% の信号を記録した。
【００２７】
図中、２２は２次電子検出器による再生状態を示す。１０１は電子銃であり、１０９は二次電子検出器である。２１３は記録部分であり、２１４は未記録部分のＣａＦ₂である。２１５は媒体の移動方向を示している。２２１は検出信号である。再生時の電子線の加速電圧は５ｋＶであり、エミッション電流は１０ｕＡである。再生ビーム径は１０ｎｍである。
【００２８】
図中、２３は近接場ヘッドによる再生状態を示す。２１３は記録部分であり、２１４は未記録部分のＣａＦ₂である。２１５は媒体の移動方向を示している。２３１はアパーチャー型の近接場光学ヘッドであり、２３２は集光レンズ、２３３はビームスプリッタ、２３４はレーザーダイオード、２３５はフォトダイオードである。２３６は再生信号である。レーザービームの波長は４０５ｎｍである。光学ヘッドの開口径は１００ｎｍであり、媒体表面との間隔は５０ｎｍに制御した。再生ビーム径は約１００ｎｍである。
【００２９】
図３は再生結果を示す。３１は記録信号（２１２）であり、電子線変調電極１０２により電子線をＯＮ／ＯＦＦする。３１３がＯＮレベルであり３１１がマークになる。３１４はＯＦＦレベルであり、３１２はスペースになる。どちらも１００ｎｍである。
３２は２次電子検出器（１０９）による検出信号（２２１）である。３２１に示すように、マーク部分はＣａであり２電子放出効率が高く信号強度が強い。一方３２２に示すように、スペース部分は絶縁体のＣａＦ₂ であり２電子放出効率が低く信号強度が弱い。ビーム径１０ｎｍの電子線で再生することから、ほぼ信号に対応する矩形波が得られる。３３はフォトダイオード（２３５）での検出信号（２３６）である。記録後に媒体を記録装置から取り出し、開口径が１００ｎｍである近接場ヘッドにより、反射光量の変化を検出することから記録信号を再生した。ＣａＦ₂ であるスペース部分では透過した光がＡｌ基板で反射し反射光量が増加する（３３１）。一方、マーク部分では吸収が大きく反射光量が減少する（３３２）。反射光量の変化を検出することにより、記録信号が再生できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＣａＦ₂を電子線記録の媒体とすることで、電子線によって情報が記録できることから、電子線の空間分解能の数ｎｍ程度まで記録ドメインが縮小でき高密度記録に対応可能となる。また、凹凸に因らずに情報が記録でき、かつ光学的に再生できる。
【００３１】
また、本発明によれば、電子線検出器を設けることで記録情報がその場（in-situ ）で再生できる。従来のＲＯＭ開発では、露光したレジストパターンを現像し、ＡＦＭ（atomic force microscopy ）など他の観察手段で仕上がり具合を確認していた。露光具合の確認に手間・時間がかかる。これに対して、本方法では記録と同じ電子線を照射し、２次電子の変化を検出することで記録情報が再生できる。In-situ で瞬時に露光具合が確認できる。本発明による情報記録媒体は、従来の凹凸により情報を記録するＲＯＭのオーサリング用の記録媒体にも適する。
特に、上述したように、近接場ヘッド用のＲＯＭ媒体として有用である。媒体表面に凹凸が存在しないことから、ヘッドと媒体間の間隙制御が従来の凹凸基板よりも容易に行える。近接場ヘッドに限らす、開口数（ＮＡ）が０. ８５〜１.５に達する高ＮＡ対物レンズなど、ワーキングディスタンスが狭い光学系用のＲＯＭ媒体としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による記録再生装置の構成例を説明するための図である。
【図２】本発明による記録再生装置の記録動作例を説明するための図である。
【図３】本発明による再生信号の例を説明するための図である。
【符号の説明】
２０記録媒体（断面図）
２１記録媒体（記録状態の説明用の断面図）
２２記録媒体（２次電子検出器による再生状態の説明図）
２３記録媒体（近接場ヘッドによる再生状態の説明図）
１０１電子銃
１０２ビーム変調電極（電子線変調電極）
１０３アパーチャ
１０４偏向電極
１０５対物レンズ
１０６記録媒体
１０７スピンドルモータ
１０８ステージ
１０９電子線検出手段（二次電子検出器）
２０１Ａｌ基板
２０２ＣａＦ₂層
２１２記録信号
２１３記録部分（マーク）
２１４未記録部分（スペース）
２１５媒体の移動方向
２２１検出信号
２３１アパーチャー型の近接場光学ヘッド
２３２集光レンズ
２３３ビームスプリッタ
２３４レーザダイオード
２３５フォトダイオード
２３６再生信号
３１記録信号
３１１マーク
３１２スペース
３１３ＯＮ状態
３１４ＯＦＦ状態
３２二次電子検出器による検出信号
３２１マーク部分の信号強度
３２２スペース部分信号強度
３３フォトダイオード検出信号
３３２マーク部分の信号強度
３３３スペース部分の信号強度

Claims

Ｃａ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｓｒ、の群から選ばれる少なくとも１つの元素を含有するフッ素化合物を記録層とする媒体に対して、記録情報に応じて強度が変化する電子線を照射してフッ素化合物からフッ素元素を解離して照射位置の組成を変化させ、該電子線が照射された記録部分と照射されなかった未記録部分とを前記記録層に生成し、該記録情報を再生する際、一定強度の電子線を照射し、前記記録部分と前記未記録部分の２次電子もしくは反射電子の強度変化を検出することによって該記録情報を再生することを特徴とする情報記録再生方法。
該記録情報を再生する際、波長が１３０〜４５０ｎｍの範囲にあるレーザ光を照射し、前記記録部分と前記未記録部分との反射光量もしくは透過光量の変化を検出することによって該記録情報を再生することを特徴とする請求項１記載の情報記録再生方法。
該記録情報を再生する際、前記記録層との間隔がレーザ光の波長以下の距離に設置した微小開口を通してレーザ光を照射し、前記記録部分と前記未記録部分との反射光量の変化を検出することによって該記録情報を再生することを特徴とする請求項１記載の情報記録再生方法。