JP5539744B2

JP5539744B2 - 高データ密度光記録媒体

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Publication number: JP5539744B2
Application number: JP2010014335A
Authority: JP
Inventors: クニッテルヨアヒム; ナップマンステファン
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-01-26
Also published as: EP2211344B1; CN101789244B; US8693301B2; US20100188957A1; CN101789244A; EP2211343A1; JP2010176830A; EP2211344A1; KR20100087635A

Description

本発明は、高データ密度光記録媒体に関し、より詳細には、かかる光記録媒体からの読出し方法および読出し装置、ならびにかかる光記録媒体のマスタリング方法に関する。

高データ密度光記録媒体が、一般に求められている。データ密度を増大させる可能性の１つに、読出し光の回折限界を超えた解像度に達することを可能にする物理的作用を利用することがある。近年、金属先端部付近の電界強度を強く増強させることができるということが示されている。例えば、非特許文献１を参照されたい。非特許文献２では、１０００から３０００倍の増強が報告されている。こうした電界を効率よく励起するには、放射状に偏光させたドーナツ形ビームを使用することが好ましい。かかるドーナツ形ビームは、低減したスポットサイズを有する。例えば、ＮＡ＝０．９では、縦電界によって生じるスポットサイズ（直径）は１．２２倍低減する。非特許文献３を参照されたい。

A. Bouhelier et al.: "Near-field second harmonic generation induced by local field enhancement", Phys. Rev. Lett. 90, Num. 3 (2003) 013903-1 E.J. Sanchez et al: "Near-Field Fluorescence Microscopy Based on Two-Photon Excitation with Metal Tips", Phys. Rev. Lett. 82, Num. 20 (1999), pp. 4014 J. Stadler et al.: "Tighter focusing with a parabolic mirror", Opt. Lett. 33, Num. 7 (2008), pp. 681 D.B. Lee: "Anisotropic Etching of Silicon", J. Appl, Phys. 40 (1969), pp. 4569 H. Presting et al.: "Nanoporous silicon for fuel cell systems", Austrian/German/French Seminar "Nanomaterials", 21-22 October 2004 Q. Xu et al.: "Fabrication of Free-Standing Metallic Pyramidal Shells", Nano Lett. 4 (2004), pp. 2509

本発明の目的は、光記録媒体用の構造、ならびに光データ記憶に上述の作用を利用することを可能にする、対応するピックアップを提案することである。

本発明によれば、光記録媒体は、先端部（tip）を有し、かつ高電界の影響下で検出可能な作用を生じる材料によって被覆されたマークを有する。かかる材料の例には、蛍光材料、第２高調波発生（second harmonic generation）材料、または強度に依存した偏光（polarization）変化を引き起こす材料がある。このマークは、好ましくは角錐形または円錐形を有する。

光記録媒体上のマークが、集束した（focused）、好ましくはドーナツ形の光ビームによって照射されると、このマークによって、光ビームの電界の縦成分が主に増幅され、先端部で強い増強電界が生じることになる。有利には、このマークは金属材料によって被覆される。こうすることによって、先端部でさらに増強された電界が得られる。さらに、適当な材料で先端部を被覆することによって、第２高調光、すなわち、元の波長の半分の光が発生する。第２高調波の強度は、電界の２乗に依存する。したがって、有効スポットサイズは、ガウス形強度分布の場合には、１．４１倍低減する。読出しにドーナツ形光ビームが使用される場合には、スポットサイズはさらに１．２２倍低減することになる。２つの係数を組み合わせることによって、１．４１×１．２２＝１．７２のスポットサイズの低減が達成される。その結果、容量が３倍増大する。この値は、低めの推定値にすぎない。電界増強にはまた、非線形性が見られるので、容量の増大はさらに大きくなる。第２高調波発生材料の代替形態として、マークを蛍光材料で同様に被覆してもよい。蛍光もやはり、高電界を備えた位置で優先的に発生するからである。光記録媒体のマーク先端部で生じる高電界の影響下で検出可能な作用を生じる他の方策、例えば、強度に依存した偏光変化もやはり利用することができる。

好ましくは、より長いマーク、すなわち２Ｔ、３Ｔなどが、隣接する、または部分的に重なり合う一連のマークからなる。この構成によって、光記録媒体用マスタの作製が容易になる。これについては光記録媒体のマスタリング方法を参照しながら以下で説明する。あるいは、より長いピットが、いくつかの角錐形または円錐形マークが隣接して、または重なり合って上に配置された細長いベース部分からなる。

本発明の他の態様によれば、本発明による光記録媒体からの読出し装置は、読出し光ビームを生成する光源と、読出し光ビームをドーナツ形光ビームに変形させる光ビームシェイパとを有する。この装置には、近接場記憶などの他の高容量記憶手法に必要となるピックアップに比べて、比較的簡単なピックアップしか必要でない。それと同時に、このピックアップは、ＢｌｕＲａｙまたはＤＶＤなどの他の形式と容易に下位互換することができる。

同様に、本発明による光記録媒体からの読出し方法は、
−読出し光ビームを生成するステップと、
−読出し光ビームを、好ましくはビームシェイパを用いて、ドーナツ形光ビームに変形させるステップと、
−ドーナツ形光ビームを、光記録媒体上のマークに照射するステップと、
−光記録媒体で発生した第２高調光または蛍光を検出するステップと
を有する。

ドーナツ形光ビームによって、光記録媒体に当たる光ビームのスポットサイズが低減し、そのため、マーク先端部でより高い電界が得られる。光ビームを集束させる際に放物面鏡（parabolic mirror）を使用すると、さらなるスポットサイズの低減が実現される。

好ましくは、ダイクロイック（dichroic）または偏光ビームスプリッタによって、反射した読出し光から、光記録媒体で発生した第２高調光、蛍光、または偏光方向が回転した光を分離する。こうすることによって、反射した読出し光ビームから、マークによって発生した光を容易に分離することが可能となる。さらに、ビームスプリッタによって、反射した読出し光ビームを、集束（focus）およびトラッキング制御に利用することが可能となる。

本発明のさらなる態様によれば、光記録媒体は、少なくとも１つの記録領域を有する記録可能媒体であり、この少なくとも１つの記録領域は、不活性状態（inactivated state）に変換可能である先端部を有するマークを備える。追記型光記録媒体を実現するために、全記録領域に、先端部を有するマークが設けられる。記録領域にデータを記録するには、マークを不活性状態に変換する。この変換は、例えば、高出力書込みレーザを用いて、例えば、マーク先端部、またはマーク上に堆積させた材料の少なくとも一部分を破壊することによって行われる。

こうした存在すべきでないマークを不活性にすることによって、一連の逆マーク（inverse mark）が記録領域に書き込まれる。したがって、本発明による光記録媒体への書込み装置は、書込み光ビームを生成する光源と、光記録媒体に書き込む逆データパターンを生成するプロセッサとを有する。

したがって、本発明による光記録媒体への書込み方法は、
−光記録媒体に書き込む逆データパターンを生成するステップと、
−前記逆データパターンに従って書込み光ビームを生成するステップと、
−前記書込み光ビームを用いて、光記録媒体上のマークを不活性状態に変換するステップと
を有する。

本発明による光記録媒体のマスタリング方法は、
−保護層を備えたウェハを設けるステップと、
−保護層のマスクを形成するステップと、
−それぞれが先端部を有する逆マークが形成されるように、マスクを介してウェハを異方的に（unisotropically）エッチングするステップと、
−マスクを除去するステップと
を有する。

好ましくは、ウェハはＳｉ−ウェハであり、保護層はＳｉＯ₂層である。本マスタリングは、他の種類の光記録媒体に使用される既知のマスタリング方法よりも困難であるが、いったんマスタを作製した後は、本発明による光記録媒体は大量生産に適している。用語「エッチング」は、本明細書では、ウェットエッチング、プラズマエッチング、電子ビームエッチング、またはウェハから材料を除去することを可能にする他の工程を含む、複数の工程を意味する。

有利には、保護層のマスクを形成するステップは、逆マークの位置に孔または一連の孔をマスタリングすることを含み、孔のサイズは、逆マークの所期のサイズよりも小さい。こうすることによって、より長いマークの作製に有利に使用される一連のマークを容易に形成することが可能となる。

同様に、本発明による光記録媒体のマスタリング装置は、
−保護層を備えたウェハを設ける手段と、
−保護層のマスクを形成する手段と、
−それぞれが先端部を有する逆マークが形成されるように、マスクを介してウェハを異方的にエッチングする手段と、
−マスクを除去する手段と
を有する。

次に、本発明のよりよい理解のために、図を参照しながら、以下の説明において本発明をより詳細に説明する。本発明は、この例示的な実施形態に限られるものではなく、特定されている特徴は、便宜上、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、組み合わせ、かつ／または改変することができることを理解されたい。

本発明による光記録媒体からの読出し装置の図である。異方性エッチングによってＳｉ中に形成された角錐形マークの上面図である。図２の角錐形マークの側面図である。Ｓｉウェハ上の逆角錐形構造の第１の顕微鏡像を示す図である。Ｓｉウェハ上の逆角錐形構造の第２の顕微鏡像を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体のマスタリング工程を示す図である。より長いマークのマスタリング工程を示す図である。本発明による光記録媒体の概略図である。記録可能領域を有する本発明による光記録媒体を示す図である。

本発明による光記録媒体からの読出しおよび／または書込み装置が、図１に示されている。レーザダイオード１の光２が、レンズ３によってコリメート（ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）され、任意選択で、ビームシェイパ４によってドーナツビームに変形される。ビームシェイパ４は、この装置が、本発明による光記録媒体だけに使用される場合に、有利に使用される。この装置が、ＣＤ、ＤＶＤ、またはＢｌｕＲａｙＤｉｓｋなどの従来の光記録媒体にも使用される場合は、ビームシェイパ４は、好ましくは省略される。次いで、コリメートされた光ビームは、第１のビームスプリッタ５、およびビームスプリッタ６を通過し、第１の対物レンズ７によって光記録媒体２０に集束する。光記録媒体２０は、材料層２２で被覆され、それぞれが先端部を有するマーク２１を有する。材料層２２は、高電界の影響下で検出可能な作用を生じる材料からなる。かかる材料の例には、蛍光材料、第２高調波発生材料、または強度に依存した偏光変化を引き起こす材料がある。材料層２２の下には、好ましくは金属層（図示せず）が位置し、この金属層によって、先端部で電界がさらに増強されることになる。集束ビームによって、マーク２１の先端部で高電界が誘起され、第２高調光、蛍光、または偏光方向が回転した光（破線によって示す）が発生する。この光は、第１の対物レンズ７によって収集され、ビームスプリッタ６によって主ビームから分離され、第２の対物レンズ８によって第１の検出器９に集束して、データ信号を生じる。マークによって、異なる波長を有する光が発生するか、または異なる偏光方向を有する光が発生するかに応じて、ビームスプリッタ６は、ダイクロイックビームスプリッタ、または偏光ビームスプリッタとなる。第１の対物レンズ７は、放射を収集するためだけに必要となるので、第２高調波長、または蛍光波長に最適化させる必要はない。第１の検出器９に当たる光点の形状は、マーク２１の存在を検出するのに重要ではない。元の光は、ビームスプリッタ６を透過し、第１のビームスプリッタ５によって、第２の検出器１１の方に偏向し、そこで第３の対物レンズ１０によって集束する。第２の検出器によって得られる信号は、有利には、従来の手法で集束させ、トラッキングするための制御信号を生成するために使用される。この目的で、第１の対物レンズ７を、レーザダイオード１によって発せられる読出し波長に最適化させると有利である。書込みの目的で、この装置は、逆データパターンが書き込まれるような形で、書込み光ビームを変調させるプロセッサ１２を有する。

異方性エッチング（anisotropic etching）によって、ある結晶表面（Ｓｉ（１００）と呼ばれる）を有する逆角錐形マークをＳｉ中に形成することができることが実証されている。例えば、非特許文献４を参照されたい。加熱したＫＯＨ（水酸化カリウム）溶媒によって、シリコンを結晶方位に非常に選択的にエッチングすることができる。（１１１）面は非常にゆっくりエッチングされるので、逆角錐形が形成される。異方性エッチングによってＳｉウェハ３０中に形成された逆角錐形マーク３３の上面図が、図２に示されている。また、Ｓｉウェハ３０の［１１０］方向も示されている。図２の点線に沿って対応する側面図が、図３に示されている。［１００］方向および［１１１］方向も示されている。

図４および図５は、Ｓｉウェハ上の逆角錐形構造の顕微鏡像を示す。約２０μｍ、および２μｍのサイズをそれぞれ有する角錐が示されている。しかし、これらの角錐のサイズは、極く小さく、すなわち１００ｎｍ未満としてもよい。こうしたサイズは、主にＳｉＯ₂マスクの孔サイズ、およびエッチング時間に依存する。図４は、非特許文献５から再現したものである。図５は、非特許文献６から再現したものである。

以下で、図６から１５を参照しながら、本発明による光記録媒体２０の例示的なマスタリング工程を説明する。この例は、Ｓｉウェハに基づく。当然ながら、異方性エッチングに適した他の材料も同様に使用することができる。

第１に、図６から１４を参照しながら、Ｓｉウェハ３０から成型角錐形マークをマスタリングする全体的方法を説明する。図６に示すように、レーザビームまたは電子ビーム記録によって、フォトレジスト材料層３２に照射を行う。その後、図７に示すように、フォトレジスト材料層３２を現像する。現像後、エッチング工程を実施し、それによって、Ｓｉウェハ３０上に配置されたＳｉＯ₂層３１を除去する。このステップを図８に示す。このようにして、ＳｉＯ₂マスク３１’を得る。このマスク３１’は、マークを作製すべき位置に孔３７を有する。図９に示すように、残りのフォトレジスト３２は、除去される。図１０に示す次のステップで、逆角錐３３が形成されるように、ＳｉＯ₂マスク３１’を介してＳｉウェハ３０をエッチングする。図１１は、その後ＳｉＯ₂マスク３１’がどのように除去されるかを示す。スパッタリング工程で、図１２に示すように、ファザースタンパ（ｆａｔｈｅｒｓｔａｍｐｅｒ）３４を作製する。電気めっき工程を用いて、マザースタンパ（ｍｏｔｈｅｒｓｔａｍｐｅｒ）３５を作製する。この様子を、図１３に示す。最後に、図１４に示すように、例えばポリカーボネートを用いて、基板３５を成型する。

第２に、より長いマーク（２Ｔ、３Ｔなど）のマスタリング工程を、図１５を参照しながら説明する。ここでは、より長いマークを得るための既知の標準マスタリング工程は機能しないため、この工程は、些細な（ｔｒｉｖｉａｌ）作業ではない。具体的には、図１５ａ）に示すより長いマーク３８のマスタリングでは、大型の角錐形マークしか得られない。したがって、このマスタリング工程の基本的概念は、いくつかの逆角錐形マーク３３を互いに非常に近接して配置して、一連の小型の逆マーク３３を得ることである。この目的で、逆角錐マーク３３の中央位置を、図１５ｂ）に示すように最初にマスタリングする。これらのマスタリング孔３７のサイズは、逆角錐マーク３３が過度に重なり合わないように十分小さく選択する。次いで、ＳｉＯ₂マスク３１’にあるマスタリング小孔３７それぞれについて、図１５ｃ）に示すように、分離した逆角錐３３をエッチングする。このエッチング工程を続け、ＳｉＯ₂マスク３１’の下に逆角錐３３を部分的にエッチングする。このエッチング工程は、個々の分離した逆角錐先端部を維持するために、適切な時点で停止する。この様子を、図１５ｄ）に示す。

逆角錐形マーク３３の縁部が常に結晶方向（１１０）に平行に向くように、トラックに沿って、逆角錐３３を接線方向に対して連続して回転させる。この回転の一例を、図１５左側の単一の逆マーク３３について示す。しかし、この回転は、上述の電界増強の機能性には影響を及ぼさない。

このマスタリング工程自体は、標準のマスタリング工程よりも複雑であるが、光記録媒体の複製は、極めて簡単である。マザースタンパ３５から角錐マーク３３を複製するように、成型工程パラメータを適合させれば十分である。

本発明による光記録媒体２０の例を、図１６に概略的に示す。図のａ）部分は、光記録媒体２０の全体を示し、ｂ）部分は、複数のマーク２１を含むトラック２３の拡大図を示す。この例では、光記録媒体２０は、ディスク形媒体であり、マーク２１は、１つまたは複数の螺旋または同心円形トラック２３に配置されている。当然ながら、光記録媒体２０は、異なる形状、例えばカード形を同様に有してもよい。また、マークは必ずしもトラックに配置される必要はない。

図１７は、本発明による光記録媒体２０のさらなる実施形態を示す。この光記録媒体２０は、図１６の媒体に類似している。しかし、この場合、記録可能領域２４が設けられている。図のｂ）部分から分かるように、記録可能領域２４のトラック２３は、マーク２１で完全に埋められている。データを記録するには、いくつかのマーク２１を、例えばレーザ照射によって、不活性状態に変換する。これらのマークが不活性状態となると、これらのマーク２１によって、電界増強がもはや生じない。この目的で、マーク２１の先端部を破壊する、または高電界の影響下で検出可能な作用を生じる層を除去する、破壊する、もしくは不活性にすれば十分となる。

Claims

トラックに沿って配置されたマークを有する光記録媒体であって、
前記マークは、前記光記録媒体の表面の上方に突き出しており、先端部または一連の先端部を有し、読出し光ビームの焦点で発生する高電界の影響下で光学的に検出可能な作用を生じる材料によって被覆される、前記光記録媒体。
前記マークを被覆する前記材料は、蛍光材料、第２高調波発生材料、または偏光変化を引き起こす材料である、請求項１に記載の光記録媒体。
前記マークは、角錐形または円錐形を有する、請求項１または２に記載の光記録媒体。
前記光記録媒体は、少なくとも１つの記録領域を有する記録可能媒体であり、前記少なくとも１つの記録領域は、不活性状態に変換可能である先端部を有するマークを備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の光記録媒体。
より長いマークが、隣接する、または部分的に重なり合う一連のマークからなるか、あるいは、細長いベース部分を有し、その上に２つ以上のマークが隣接して、または重なり合って配置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の光記録媒体。
前記マークは、金属材料によってさらに被覆される、請求項１乃至５のいずれかに記載の光記録媒体。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光記録媒体からの読出し装置であって、
読出し光ビームを生成する光源と、
前記読出し光ビームをドーナツ形光ビームに変形させるビームシェイパと、
前記ドーナツ形光ビームを前記光記録媒体上のマークに照射する対物レンズと、を含み、
前記装置は、前記光記録媒体で生成された第２高調光、蛍光、または偏光方向が回転した光を検出する検出器をさらに含む、前記装置。
前記装置は、反射した読出し光から、前記第２高調光、蛍光、または偏光方向が回転した光を分離するダイクロイックまたは偏光ビームスプリッタをさらに有する、請求項７に記載の装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光記録媒体からの読出し方法であって、
読出し光ビームを生成するステップと、
前記読出し光ビームをドーナツ形光ビームに変形させるステップと、
前記ドーナツ形光ビームを、前記光記録媒体上のマークに照射するステップと、
前記光記録媒体で発生する第２高調光、蛍光、または偏光方向が回転した光を検出するステップと、
を含む、前記方法。
書込み光ビームを生成する光源を備えた、請求項４に記載の光記録媒体への書込み装置であって、
前記光記録媒体上のマークを前記書込み光ビームで不活性状態に変換するために、前記光記録媒体に書き込むデータパターンを生成するプロセッサをさらに含む、前記装置。
請求項４に記載の光記録媒体への書込み方法であって、
前記光記録媒体に書き込むデータパターンを生成するステップと、
前記データパターンに従って書込み光ビームを生成するステップと、
前記書込み光ビームを用いて、前記光記録媒体上のマークを不活性状態に変換するステップと、
を含む、前記方法。