WO2006011304A1 - 光情報記録媒体およびその記録方法と製造方法 - Google Patents

光情報記録媒体およびその記録方法と製造方法 Download PDF

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WO2006011304A1
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Toshihiko Ushiro
Kazuhiko Oda
Takashi Matsuura
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/54—Refractive index

Definitions

  • the present invention relates to an optical information recording medium, and more particularly to an optical information recording medium capable of easily recording at high density and having excellent durability.
  • Non-Patent Document l OPTRONICS, (2 001), No. 11, pp. 149-154.
  • the pit depth is set to 4 types including 0, the reflectivity of the reproduction light beam varies depending on the pit depth, so it is shown in the schematic graph of FIG.
  • four types of reflectivity can be obtained from multiple pits arranged in the scanning direction of the reproduction light beam. That is, one pit can represent any value of 0, 1, 2, and 3. This is equivalent to recording 2 bits of information in one pit.
  • Non-Patent Document 2 O plus
  • a hologram memory can record three-dimensional information in a three-dimensional recording medium.
  • a large number of two-dimensional data pages can be recorded in an overlapping manner.
  • the two-dimensional data can be recorded and reproduced in units of one page.
  • FIGS. 5 and 6 illustrate an example of a method for recording information on a hologram recording medium and an example of a method for reproducing the recorded information, respectively.
  • a material for such a hologram recording medium iron-doped lithium niobate (Fe: LiNbO) or a photopolymer whose refractive index can be increased by light irradiation is used! RU
  • object light 33 including information of two-dimensional digital data 32 is projected onto a hologram recording medium 31 through a lens 34.
  • the reference beam 35 having a predetermined angle with respect to the object beam 33 is projected on the hologram recording medium 31.
  • the hologram force formed by the interference between the object light 33 projected on the hologram recording medium 31 and the reference light 35 is recorded as a change in the refractive index in the hologram recording medium 31. That is, one page of digital data 32 can be recorded in the hologram recording medium 31 at a time.
  • a hologram recording medium 31 data of different pages can be recorded in an overlapping manner by changing the irradiation angle or wavelength of the reference light 35. Then, by using the reference light having the same conditions as the reference light used for the recording as the readout light, the recording data of each page can be reproduced individually.
  • the hologram memory as described above can also record and reproduce two-dimensional images such as figures and photographs as page data.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 11-345419 of Patent Document 1 and OPTRON of Non-Patent Document 3 ICS, (2001), No. 11, pp. 143-148 discloses a laminated waveguide hologram memory having a structure in which single mode planar waveguides are laminated.
  • FIG. 7 illustrates an example of the laminated waveguide hologram memory disclosed in Patent Document 1 with a schematic cross-sectional view.
  • This laminated waveguide hologram memory is composed of a plurality of core layers 12-1, 12-2,..., 12 sandwiched between a plurality of clad layers 1 to 11, 11-2,. -n-1 is included. Then, each lamination unit of the clad layer, the Z core layer, and the Z clad layer acts as a planar single mode waveguide with respect to the wavelength of the laser beam 13 used.
  • One page of 2D data can be recorded in one planar waveguide.
  • the end face of the planar waveguide into which the laser beam 13 is introduced through the lens 14 is a reflecting surface 15 having an angle of 45 degrees with respect to the waveguide plane.
  • the reproduction laser beam 13 is reflected by the (cylindrical) lens 14 on the reflection line 18 of the specific planar waveguide (see FIG. 7).
  • the guided light 16 introduced into the planar waveguide from the reflection line 18 propagates in a plane in the waveguide and is partially scattered by the light scattering element (hologram) 19.
  • the light scattering element has periodicity, there is a direction in which the phases of the scattered light of each light scattering element force coincide with each other, and the direction becomes diffracted light 17 and travels out of the planar waveguide.
  • a hologram image 20 is formed.
  • the hologram image 20 can be read by capturing the hologram image 20 with a CCD or the like. At this time, since the hologram image 20 appears as diffracted light 17 having a specific angle with respect to the waveguide surface, it can be projected onto the CCD without the need for a projection lens.
  • the focal position of the laser beam 13 is adjusted by the lens 14 to change the planar waveguide through which the light propagates, and the page information recorded in each planar waveguide can be read out individually.
  • the pattern of the light scattering element 19 corresponding to the desired information can be obtained by a computer (see Non-Patent Document 3).
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a laminated waveguide hologram memory as shown in FIG.
  • an ultraviolet ray curable resin layer 22 is spin-coated on a glass substrate 21 to a thickness of, for example, 8 m, and is cured by irradiation with ultraviolet rays 23.
  • This UV-cured resin layer 22 is to act as a cladding layer.
  • a PMMA (polymethyl methacrylate) layer 24 is, for example, 1.
  • a roller 25 having a line-shaped uneven pattern is run at a period of 0.46 m, and the uneven pattern is transferred to the PMMA layer 24.
  • This PMMA layer 24 serves as a core layer. Further, the uneven pattern formed on the surface of the core layer acts as a periodic light scattering element, and the pattern is obtained in advance by a computer corresponding to the information to be recorded.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 345419
  • Non-patent literature l OPTRONICS, (2001), No. 11, pp. 149-154
  • Non-Patent Document 2 0 plus E, Vol. 25, No. 4, 2003, pp. 385-390
  • Non-Patent Document 3 OPTRONICS, (2001), No. 11, pp. 143-148
  • the lithium niobate hologram memory has low light sensitivity and a narrow recording dynamic range.
  • the hologram memory of lithium niobate is expensive and has a low lifetime due to reproduction deterioration in which the recording disappears by repeated reading.
  • the photopolymer has a problem of volume shrinkage before and after recording. That is, if the recording material expands or contracts, the pitch of the diffraction grating in the hologram changes and the diffraction conditions change, so that reading cannot be performed using the reference light at the time of recording.
  • Photopolymers also have recordings where the refractive index change ⁇ due to light irradiation is as small as 0.04 or less. The dynamic range cannot be increased.
  • the laminated waveguide hologram memory described above uses a PMMA core layer and an ultraviolet curable resin cladding layer.
  • the light scattering element is made of an ultraviolet curable resin that fills the fine recesses on the surface of the PMMA core layer. That is, light scattering is caused by the refractive index difference ⁇ between PMMA and the UV curable resin.
  • the refractive index of PMMA is 1.492
  • the refractive index of UV-cured resin is 1.480. That is, the refractive index difference ⁇ between PMMA and the UV curable resin is only 0.012.
  • Such a small refractive index difference ⁇ cannot be said to be sufficiently large to form a light scattering element.
  • the UV-cured resin layer is also subject to deterioration due to changes over time.
  • the main object of the present invention is to provide an optical information recording medium that can be easily recorded at high information density and has excellent durability. Is to provide in the strike.
  • An optical information recording medium includes a diamond 'like' carbon (DLC) layer deposited on a substrate, and recording of information on the optical information recording medium includes a plurality of recording spots. It is characterized in that it can be performed by irradiating an energy beam to a selected recording spot area of the area and increasing the refractive index of the DLC layer in the recording spot area.
  • DLC diamond 'like' carbon
  • the DLC layer in any selected recording spot region can be increased to any value set in a plurality of refractive index steps by irradiation with an energy beam.
  • an energy beam is applied to the DLC layer through a metal film mask pattern including an opening corresponding to a recording spot region whose refractive index is to be increased.
  • the refractive index of the DLC layer in the recording spot area should be increased by irradiating with any of ultraviolet rays, X-rays, ion beams, and electron beams.
  • ultraviolet rays, X-rays, ion beams, energy beams as energy beams are passed to the DLC layer through an additional metal film mask pattern including openings corresponding to the recording spot regions selected from the recording spot regions having an increased refractive index.
  • the refractive index of the DLC layer in those selected recording spot areas by irradiating either This step may be repeated one or more times.
  • a method for recording information on an optical information recording medium through an energy beam absorption mask whose thickness is locally changed in multiple steps corresponding to a recording spot area. Irradiating the DLC layer with an ultraviolet ray, an X-ray, an ion beam, or an electron beam as an energy beam to increase the refractive index of the DLC layer in the recording spot region, and the energy beam absorbing layer
  • the spot region may be locally thinned as the refractive index level of the spot region increases.
  • An optical information recording medium includes a DLC layer formed on a substrate, and recording of information on the optical information recording medium is performed as object light including information to be recorded. It is characterized in that it can be stored as a refractive index modulation structure formed in the DLC layer by a hologram generated by irradiating the DLC layer with ultraviolet rays and ultraviolet rays as reference light.
  • a laminated waveguide type holographic optical information recording medium in which a plurality of cladding layers and a plurality of DLC layers are alternately laminated, and each DLC layer includes Different information is recorded and periodic light scattering elements corresponding to the recorded information are generated, and each of the periodic light scattering elements is a minute region with an increased refractive index.
  • a DLC layer is deposited on a light-transmitting substrate acting as a cladding layer, and (b) corresponds to a periodic light scattering element.
  • the DLC layer is irradiated with any of ultraviolet rays, X-rays, ion beams, and electron beams as energy beams through the metal film mask pattern including the apertures to increase the refractive index of the DLC layer in those aperture regions.
  • C a plurality of pairs of the clad layer and the DLC layer that have undergone the above steps (a) and (b), and (d) the DLC exposed as the uppermost layer.
  • the method includes a step of overlaying a cladding layer on the layer.
  • the DLC layer in the optical information recording medium as described above can be preferably deposited by plasma CVD.
  • the invention's effect [0029] According to the present invention, a large refractive index change can be obtained by irradiating an energy beam of a DLC layer having excellent durability. Therefore, a DLC recording layer that can be easily recorded at high information density and has excellent durability. Can be provided at low cost.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for producing an optical information recording medium according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for producing an optical information recording medium according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an optical information recording medium according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic graph showing the difference in reflectance from a plurality of pits having different depths in a multi-value optical disk.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating the operation of writing data to the hologram recording medium.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating the operation of reading the hologram recording medium force data.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a laminated waveguide hologram memory.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for producing the laminated waveguide hologram memory of FIG.
  • the present inventors have confirmed that the refractive index can be increased by irradiating the light transmissive DLC film with an energy beam.
  • DLC films can be formed by plasma CVD (chemical vapor deposition) on silicon substrates, glass substrates, polymer substrates, and other various substrates.
  • a translucent DLC film obtained by such plasma CVD usually has a refractive index of about 1.55.
  • SR light generally includes electromagnetic waves in a wide wavelength range from ultraviolet light to X-rays.
  • the refractive index can be similarly modulated by implanting ions such as H, Li, B, and C.
  • the refractive index can be similarly modulated by irradiation with excimer laser light such as ArF (193 nm), XeCl (308 nm), XeF (351 nm), or Ar laser light (488 nm).
  • excimer laser light such as ArF (193 nm), XeCl (308 nm), XeF (351 nm), or Ar laser light (488 nm).
  • the schematic cross-sectional view of FIG. 1 illustrates a method of manufacturing an optical information recording medium and information recording according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the DLC layer 2 is deposited on the glass substrate 1 by a known plasma CVD to a thickness of 1 ⁇ m, for example.
  • a chromium film is deposited on the glass substrate 3 by vapor deposition, for example, and a metal film mask pattern 4 is produced by patterning the chromium film by stepper exposure and etching.
  • This metal film mask pattern 4 includes a plurality of minute openings corresponding to a plurality of recording spot regions.
  • the produced metal film mask pattern 4 is overlaid on the DLC layer 2.
  • a bin area is formed and binary recording is performed.
  • the reproduction light beam is irradiated onto the optical information recording medium, the amount of light reflected or transmitted through the recording spot area changes depending on the refractive indexes n and n.
  • Embodiment 2 multilevel recording is performed on an optical information recording medium including a DLC layer.
  • binary recording is performed as in the case of the first embodiment illustrated in FIG.
  • the second metal film mask pattern 4 a is overlaid on the DLC layer 2.
  • This second metal film mask pattern 4a corresponds to the recording spot area selected by the recording spot area force whose refractive index is increased to n in FIG.
  • the DLC layer 4 is again irradiated with ultraviolet rays 5 through the second metal film mask pattern 4a.
  • Multi-value recording will be performed.
  • multi-value recording can be performed by repeating ultraviolet irradiation using a further metal film mask pattern.
  • FIG. 3 illustrates a method of manufacturing an optical information recording medium and information recording according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the plasma is formed on the glass substrate 1.
  • DLC layer 2 is deposited by means of CVD.
  • a chromium film is deposited on the DLC layer 2, and a metal film mask pattern 4b in which the chromium film is patterned by stepper exposure and etching is produced.
  • stepper exposure and etching are performed in a plurality of stages, and in the example of FIG. 3, the metal film mask pattern 4b includes a thickness of 0 in a plurality of minute areas corresponding to a plurality of recording spot areas. It has been changed in three stages. Then, the ultraviolet ray 5 is irradiated to the DLC layer 4 through the metal film mask pattern 4b.
  • the ultraviolet ray 5 is the thickest of the metal film mask pattern 4b, and the region cannot be transmitted! /, But thin areas can be partially transparent.
  • ultraviolet light having a wavelength of 250 nm can partially penetrate a chromium film having a thickness of about 60 nm or less.
  • the metal film mask pattern 4b functions as an energy beam absorbing layer that absorbs the energy beam in accordance with the thickness changed stepwise for each minute region corresponding to the recording spot region. Therefore, by irradiating the DLC layer 4 with ultraviolet rays 5 through the metal film mask pattern 4b, a recording spot region force whose refractive index is changed in three steps is formed in the SDLC layer 2, and thus 3 Value recording will be performed.
  • two-dimensional digital data is hologram-recorded on the DLC recording layer in the same manner as described with reference to FIGS. That is, the DLC layer force of about 1 ⁇ m thickness deposited on the glass substrate by plasma CVD is used as the hologram recording medium 31 in FIG.
  • a chromium film force stepper exposure and etching deposited on a glass substrate are processed into a metal film mask pattern representing two-dimensional digital data, and this metal film mask pattern is used as the two-dimensional digital data 32 in FIG.
  • ultraviolet light having a wavelength of 250 nm and an energy density of 20 mWZmm 2 is used as the object light 33 that passes through the two-dimensional digital data 32 of the chromium film.
  • This object light is applied to the hologram recording medium 31 of the DLC lens 34. Projected by.
  • ultraviolet light as reference light 35 is also applied to the DLC hologram recording medium 31, and a hologram resulting from the interference between the object light 33 and the reference light 35 is recorded as a change in refractive index in the DLC recording medium 31.
  • Embodiment 5 a laminated waveguide hologram memory is produced.
  • a DLC layer 2 force such as a thickness lOOnm is deposited on a glass substrate 1 having a thickness of 100 m, for example, by a well-known plasma CVD.
  • a chromium film is deposited on the glass substrate 3, and a metal film mask pattern 4 is produced by patterning the chromium film by stepper exposure and etching.
  • This metal film mask pattern 4 corresponds to one page of data, and has a plurality of periodic minute apertures corresponding to periodic light scattering elements (holograms) 19 as shown in FIG. Contains.
  • a DLC recording layer that can be easily recorded at high information density and has excellent durability. Can be provided at low cost.

Abstract

  簡便に高い情報密度で記録できかつ耐久性にも優れた光情報記録媒体を低コストで提供する。   光情報記録媒体は、基板（１）上に堆積されたダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）層（２）を含み、この光情報記録媒体への情報の記録は複数の記録スポット領域のうちの選択された記録スポット領域にエネルギビーム（５）を照射してその記録スポット領域におけるＤＬＣ層（２）の屈折率を高めることによって行われ得る。

Description

明 細 書
光情報記録媒体およびその記録方法と製造方法
技術分野
[0001] 本発明は光情報記録媒体に関し、特に、簡便に高密度の記録が可能で耐久性に も優れた光情報記録媒体に関する。
背景技術
[0002] 現在では、実用化されて!/ヽる光情報記録媒体の典型例として、 CD (コンパクトディ スク）や DVD (デジタル汎用ディスク）が知られて 、る。しかし、今日の高度情報化社 会にお 、て、光情報記録媒体にお!、てもさらなる記録密度の向上が望まれて 、る。 光情報記録媒体においては、その記録と再生に用いられる光ビームの波長を短くす ることによって、記録密度を高めることができる。この観点から、近年では青色レーザ を用いて記録するブルーレイディスクの開発が試みられている。しかし、記録用のレ 一ザ光の波長を短くすることには限界があり、光情報記録媒体の記録密度を高める ために、他の種々の記録方式が試みられている（非特許文献 l : OPTRONICS、 (2 001)、 No. 11、 pp. 149- 154参照）。
[0003] 現在使用されている再生専用の音楽 CDでは、周知のように、スタンパを使ってプラ スチック基板にピット (微小窪み)パターンを加工することによって情報を記録している そして、一つのピットには 1か 0の 1ビットのデータがピットの有無として記録されている 。そのピット情報が 1か 0であるかは、再生レーザ光の反射光強度の差として判断され る。すなわち、通常の CDのように 0か 1かの 2値の記録をする場合には、ピットの深さ はピットのな 、0の深さをも含めて 2種類しか存在して!/、な!/、。
[0004] そこで、ピットの深さを多段階に変化させることによって、多値ィ匕光ディスクを実用化 することが試みられている。たとえば、ピットの深さを 0をも含めて 4種類にすれば、ピ ットの深さに依存して再生光ビームの反射率が異なるので、図 4の模式的グラフに示 されて 、るように、再生光ビームの走査方向に並んだ複数のピットから 4種類の反射 率が得られる。すなわち、一つのピットで 0、 1、 2、および 3のいずれかの値を表すこ とができ、これは 1つのピットで 2ビットの情報を記録できることに相当する。
[0005] また、ホログラムメモリを実用化することが試みられて 、る（非特許文献 2： O plus
E、 Vol. 25、 No. 4、 2003、 pp. 385- 390参照）。ホログラムメモリは、原理的には 3 次元の記録媒体中に 3次元の情報を記録し得るものである。このようなホログラムメモ リを利用すれば、 2次元データの多数ページを重ねて記録することができる。そして、 その 2次元データは 1ページ単位で記録および再生することが可能である。
[0006] 図 5と図 6の模式的斜視図では、ホログラム記録媒体に情報を記録する方法とその 記録された情報を再生する方法の一例がそれぞれ図解されて 、る。このようなホログ ラム記録媒体の材料としては、光照射によって屈折率が高められ得る鉄ドープの- ォブ酸リチウム（Fe： LiNbO )やフォトポリマなどが利用されて！、る。
3
[0007] 情報を記録する場合、図 5に示されているように、たとえば 2次元デジタルデータ 32 の情報を含む物体光 33が、レンズ 34を介してホログラム記録媒体 31に投射される。 これと同時に、物体光 33に対して所定の角度を有する参照光 35がホログラム記録媒 体 31の投射される。そして、ホログラム記録媒体 31に投射された物体光 33と参照光 35との干渉によって形成されるホログラム力 そのホログラム記録媒体 31内の屈折率 変化として記録される。すなわち、 1ページ分のデジタルデータ 32が、一度にホログ ラム記録媒体 31内に記録され得る。
[0008] 記録されたデータを再生する場合には、図 6に示されているように、記録時に使用さ れた参照光 35のみがホログラム記録媒体 31に照射される。そして、その記録媒体 3 1中のホログラムの回折による再生光 36が投影レンズ 37によって再生パターン 38と して CCD (電荷結合素子)などの 2次元撮像素子に投影される。
[0009] このようなホログラム記録媒体 31においては、参照光 35の照射角度または波長を 変えることによって、異なるページのデータを重ねて記録することができる。そして、そ の記録に使用された参照光と同じ条件の参照光を読み出し光として使用することに よって、それぞれのページの記録データを個別に再生することができる。なお、上述 のようなホログラムメモリでは、ページデータとして図形や写真などの 2次元の映像を 記録再生することも可能である。
[0010] さらに、特許文献 1の特開平 11- 345419号公報および非特許文献 3の OPTRON ICS, (2001)、 No. 11、 pp. 143- 148は、シングルモードの平面型導波路が積層 された構造を有する積層導波路ホログラムメモリを開示している。
[0011] 図 7は、特許文献 1に開示された積層導波路ホログラムメモリの一例を模式的な断 面図で図解している。この積層導波路ホログラムメモリは、複数のクラッド層 1ト 1、 11 -2、 · · ·、 11- nの間に挟まれた複数のコア層 12- 1、 12-2、 · · ·、 12- n- 1を含んでい る。そして、クラッド層 Zコア層 Zクラッド層の各積層単位は、使用するレーザ光 13の 波長に関して平面型シングルモード導波路として作用する。そして、一つの平面導波 路には、 2次元データの 1ページ分を記録することができる。レンズ 14を介してレーザ 光 13が導入される平面導波路の端面は、導波路平面に対して 45度の角度を有する 反射面 15にされている。
[0012] 任意の特定の平面導波路に記録されているページ情報を読み出す場合、再生レ 一ザ光 13が（シリンドリカル)レンズ 14によってその特定の平面導波路の反射線 18 ( 図 7の紙面に直交する方向に延在）に焦点合わせされる。この反射線 18から平面導 波路内に導入された導波光 16は、その導波路内で平面的に伝播し、光散乱要素（ ホログラム） 19によって部分的に散乱される。この場合に、光散乱要素が周期性を有 していれば、各光散乱要素力 の散乱光の位相が一致する方向が存在し、その方向 に回折光 17となって平面導波路外に進行してホログラム像 20を形成する。このホロ グラム像 20を CCDなどで取り込むことによって情報読み出しをすることができる。この とき、ホログラム像 20は、導波路面に対して特定の角度を有する回折光 17として現 れるので、投影レンズを必要とすることなく CCDに投射され得る。
[0013] そして、レンズ 14によってレーザ光 13の焦点位置を調節して、光を伝播させる平面 導波路を変え、それぞれの平面導波路に記録されたページ情報を個別に読み出す ことができる。なお、所望の情報に対応する光散乱要素 19のパターンは、計算機に よって求めることができる（非特許文献 3参照)。
[0014] 図 8は、図 7に示されているような積層導波路ホログラムメモリの作製方法の一例を 模式的な断面図で図解している。この作製方法においては、ガラス基板 21上に紫外 線硬化榭脂層 22がたとえば 8 mの厚さにスピンコートされ、紫外線 23の照射によつ て硬化させられる。この紫外線硬化榭脂層 22は、クラッド層として作用させるものであ る。
[0015] 紫外線硬化榭脂層 22上には、 PMMA (ポリメタクリル酸メチル)層 24がたとえば 1.
7 /z mの厚さにスピンコートされる。この PMMA層 24上でたとえば周期 0. 46 mで 線分状の凹凸模様のついたローラ 25が走らされ、 PMMA層 24にその凹凸模様が 転写される。この PMMA層 24は、コア層として作用させるものである。また、このコア 層の表面に形成される凹凸模様が、周期的光散乱要素として作用し、そのパターン は記録されるべき情報に対応して予め計算機にて求められている。
[0016] さらに、上述の紫外線硬化榭脂層コート Z紫外線露光 ZPMMA層コート Zローラ の 4工程を 10回繰り返し、最後に紫外線榭脂層コートと紫外線露光をもう 1回行う。こ うして、 10層の平面型導波路が積層された積層導波路ホログラムメモリが作製され得 る。
特許文献 1：特開平 1卜 345419号公報
非特許文献 l : OPTRONICS、 (2001) , No. 11、 pp. 149-154
非特許文献 2 : 0 plus E、 Vol. 25、 No. 4、 2003、 pp. 385-390
非特許文献 3 : OPTRONICS、 (2001) , No. 11、 pp. 143-148
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0017] 上述の多値ィ匕光ディスクでは、微小なピットの多段階の深さをスタンパで正確に調 整することが容易ではない。すなわち、微小なピットの多段階の深さの変化に基づく 反射率が正確に多段階に検知し得る多値ィヒ光ディスクの製造が容易ではない。
[0018] 上述のホログラムメモリでは、その記録材料として主にニオブ酸リチウムやフォトポリ マなどが用いられる。しかし、ニオブ酸リチウムのホログラムメモリは光の感度が弱ぐ 記録のダイナミックレンジが狭い。また、ニオブ酸リチウムのホログラムメモリは高コスト であり、読み出しの繰り返しによって記録が消えていく再生劣化も生じて低寿命であ る。他方、フォトポリマでは、記録前後の体積収縮の問題がある。すなわち、記録材 料が膨張または収縮すれば、ホログラム中の回折格子のピッチが変化して回折条件 が変わってしまい、記録時の参照光を用いても読み出しができなくなる。また、フォト ポリマにおいても、光照射による屈折率変化 Δ ηが 0. 04以下程度に小さぐ記録の ダイナミックレンジを大きくすることができな 、。
[0019] 上述の積層導波路ホログラムメモリでは、 PMMAのコア層と紫外線硬化樹脂のクラ ッド層が用いられている。そして、光散乱要素は、 PMMAコア層の表面における微 細な凹部を満たす紫外線硬化樹脂で形成されている。すなわち、光散乱は、 PMM Aと紫外線硬化樹脂との間の屈折率差 Δ ηによって生ぜられる。このとき、 PMMAの 屈折率は 1. 492で、紫外線硬化榭脂の屈折率は 1. 480である。すなわち、 PMM Aと紫外線硬化樹脂との間の屈折率差 Δ ηは 0. 012に過ぎない。このように小さな屈 折率差 Δ ηは、光散乱要素を形成するために十分に大きいとはいえない。また、紫外 線硬化榭脂層も、経時変化による変質が危惧される。
[0020] 以上のような先行技術による光情報記録媒体の状況に鑑み、本発明の主要な目的 は、簡便に高 、情報密度で記録できかつ耐久性にも優れた光情報記録媒体を低コ ストで提供することである。
課題を解決するための手段
[0021] 本発明の一つの態様による光情報記録媒体は、基板上に堆積されたダイァモンド' ライク'カーボン (DLC)層を含み、この光情報記録媒体への情報の記録は複数の記 録スポット領域のうちの選択された記録スポット領域にエネルギビームを照射してそ の記録スポット領域における DLC層の屈折率を高めることによって行われ得ることを 特徴としている。
[0022] なお、任意の選択された記録スポット領域における DLC層は、エネルギビームの照 射によって、複数の屈折率段階に設定されたいずれかの値まで高められ得る。
[0023] このような光情報記録媒体に情報を記録するための方法においては、屈折率が高 められるべき記録スポット領域に対応する開口を含む金属膜マスクパターンを介して DLC層へエネルギビームとして紫外線、 X線、イオンビーム、および電子線のいずれ 力を照射することによって、記録スポット領域における DLC層の屈折率を高めればよ い。この記録方法において、屈折率が高められた記録スポット領域から選択された記 録スポット領域に対応する開口を含むさらなる金属膜マスクパターンを介して DLC層 へエネルギビームとして紫外線、 X線、イオンビーム、および電子線のいずれかを照 射することによって、それらの選択された記録スポット領域における DLC層の屈折率 をさらに高め、このステップが一回以上繰り返されてもよい。
[0024] また、光情報記録媒体に情報を記録するための方法にお!、て、記録スポット領域に 対応して局所的に厚さが多段階に変化させられているエネルギビーム吸収マスクを 介して DLC層へエネルギビームとして紫外線、 X線、イオンビーム、および電子線の いずれかを照射することによって、それらの記録スポット領域における DLC層の屈折 率を高めるステップを含み、エネルギビーム吸収層は記録スポット領域の屈折率段階 が高くなるにしたがって局所的に薄くされていてもよい。
[0025] 本発明の他の態様による光情報記録媒体は、基板上に形成された DLC層を含み 、この光情報記録媒体への情報の記録は、記録されるべき情報を含む物体光として の紫外線および参照光としての紫外線を DLC層に照射して生じるホログラムによつ てその DLC層中に形成される屈折率変調構造として保存され得ることを特徴として いる。
[0026] 本発明の他の態様によれば、複数のクラッド層と複数の DLC層とが交互に積層さ れた積層導波路型のホログラム光情報記録媒体であって、各 DLC層には互いに異 なる情報が記録されていてその記録情報に対応した周期的光散乱要素が生成され ており、それらの周期的光散乱要素の各々は屈折率が高められた微小領域であるこ とを特徴としている。
[0027] この積層導波路型のホログラム光情報記録媒体を製造する方法では、 (a)クラッド 層として作用する透光性基板上に DLC層を堆積し、（b)周期的光散乱要素に対応 した開口を含む金属膜マスクパターンを介して DLC層へエネルギビームとして紫外 線、 X線、イオンビーム、および電子線のいずれかを照射してそれらの開口領域にお ける DLC層の屈折率を高めることによって周期的光散乱要素を生成させ、（c)上記 のステップ (a)および (b)を経たクラッド層と DLC層のペアの複数を積層し、 (d)最上 層として露出している DLC層上にクラッド層を重ねるステップを含むことを特徴として いる。
[0028] なお、以上のような光情報記録媒体における DLC層は、好ましくはプラズマ CVD によって堆積される得る。
発明の効果 [0029] 本発明によれば、耐久性に優れた DLC層のエネルギビーム照射によって大きな屈 折率変化が得られるので、簡便に高 、情報密度で記録できかつ耐久性にも優れた DLC記録層を含む光情報記録媒体を低コストで提供することができる。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]本発明の一実施形態による光情報記録媒体の作製方法を図解する模式的な 断面図である。
[図 2]本発明の他の実施形態による光情報記録媒体の作製方法を図解する模式的 な断面図である。
[図 3]本発明のさらに他の実施形態による光情報記録媒体の作製方法を図解する模 式的な断面図である。
[図 4]多値ィ匕光ディスクにおいて複数の異なる深さのピットからの反射率の相違を示 す模式的グラフである。
[図 5]ホログラム記録媒体にデータを書き込む動作を図解する模式的な斜視図である
[図 6]ホログラム記録媒体力 データを読み出す動作を図解する模式的斜視図である
[図 7]積層導波路ホログラムメモリの一例を図解する模式的断面図である。
[図 8]図 7の積層導波路ホログラムメモリの作製方法の一例を図解する模式的断面図 である。
符号の説明
[0031] 1 ガラス基板、 2 DLC記録層、 3 ガラス基板、 4、 4a、 4b 金属膜マスクパターン 、 5 エネルギビーム、 11- 1〜： L I- n クラッド層、 12- l〜12n- 1 コア層、 13 再生 用レーザ光、 14 レンズ、 15 反射面、 16 導波光、 19 光散乱要素（ホログラム）、 2 0 再生ホログラム像、 21 ガラス基板、 22 紫外線硬化榭脂層、 23 紫外線、 24 P MMA (ポリメタクリル酸メチル)層、 25 光散乱要素形成用ローラ、 31 ホログラム記 録媒体、 32 2次元デジタルデータ、 33 物体光、 34 レンズ、 35 参照光、 36 再 生光、 37 レンズ、 38 再生 2次元デジタルデータ。
発明を実施するための最良の形態 [0032] まず、本願発明をなすに際して、本発明者らは、透光性 DLC膜にエネルギビーム を照射することによってその屈折率を高めることができることを確認して 、る。そのよう な DLC膜は、シリコン基板、ガラス基板、ポリマ基板、その他の種々の基体上にブラ ズマ CVD (ィ匕学気相堆積）によって形成することができる。そのようなプラズマ CVD によって得られる透光性 DLC膜は、通常は 1. 55程度の屈折率を有している。
[0033] DLC膜の屈折率を高めるためのエネルギビームとしては、イオンビーム、電子線、 X線、紫外 (UV)線、シンクロトロン放射（SR)光などを用いることができる。なお、 SR 光は、一般に紫外光から X線までの広 、波長範囲の電磁波を含んで 、る。
[0034] たとえば、 Heイオンを 800keVの加速電圧の下で 5 X 1017Zcm2のドース量で注入 することによって、屈折率変化量を Δ η=0. 65程度まで高めることができる。
なお、 H、 Li、 B、 Cなどのイオンの注入によっても、同様に屈折率を変調させることが できる。また、 0. l〜130nmのスペクトルを有する SR光を照射することによつても、 屈折率変化量を最大で Δ η=0. 65程度まで高めることができる。さらに、 UV光照射 では、たとえば波長 248nmの KrFエキシマレーザ光をパルス当たり 160mWZmm2 の照射密度にて 100Hzの周期でパルス照射すれば、屈折率変化量を Δ η=0. 22 程度まで高めることができる。なお、 ArF (193nm)、 XeCl (308nm)、 XeF (351nm )などのエキシマレーザ光や Arレーザ光（488nm)の照射によっても、同様に屈折率 を変調させることができる。これらの、 DLC膜のエネルギビーム照射による屈折率変 化量は、従来のフォトポリマ膜の光照射による屈折率変化量（Δ η=0. 04程度以下) に比べて桁違 ヽに大き 、ことが分かる。
[0035] (実施形態 1)
図 1の模式的な断面図は、本発明の実施形態 1による光情報記録媒体の作製と情 報記録の方法を図解している。この実施形態 1においては、まずガラス基板 1上に、 周知のプラズマ CVDによって DLC層 2が、たとえば厚さ 1 μ mに堆積される。他方、 ガラス基板 3上にはクロム膜がたとえば蒸着によって堆積され、ステツパ露光とエッチ ングによってそのクロム膜をパターン化した金属膜マスクパターン 4が作製される。こ の金属膜マスクパターン 4は、複数の記録スポット領域に対応した複数の微小開口を 含んでいる。 [0036] 作製された金属膜マスクパターン 4は、 DLC層 2上に重ねられる。そして、たとえば 250nmの波長と 20mWZmm2のエネルギ密度とを有する紫外線 5が、金属膜マスク パターン 4を介して DLC層 2へ約 1時間照射される。その結果、 DLC層 2のうちで、紫 外線 5が金属膜マスクパターン 4によって遮蔽された記録スポット領域は、その DLC 膜が堆積された当初の屈折率であるたとえば n = 1. 55を維持している。他方、 DLC
0
層 2のうちで、紫外線 5が金属膜マスクパターン 4の開口を通して照射された記録スポ ット領域は、その屈折率がたとえば n = 1. 70程度まで高められ得る。
1
[0037] これによつて、 DLC層 2において、 nまたは nの 2種類の屈折率を有する記録スポ
0 1
ット領域が形成され、 2値記録が行われたことになる。そして、再生光ビームをこの光 情報記録媒体に照射すれば、その記録スポット領域にぉ 、て反射または透過する光 量が屈折率 nと nに依存して変化するので、その 2値記録の情報を読み出すことが
0 1
できる。
[0038] (実施形態 2)
本発明による実施形態 2にお 、ては、 DLC層を含む光情報記録媒体にぉ 、て多 値記録が行われる。この実施形態 2ではまず、図 1に図解された実施形態 1の場合と 同様に、 2値記録が行われる。
[0039] その後、図 2の模式的な断面図に図解されているように、第 2の金属膜マスクパター ン 4aが DLC層 2上に重ねられる。この第 2の金属膜マスクパターン 4aは、図 1におい て屈折率が nに高められた記録スポット領域力 選択された記録スポット領域に対応
1
する微小な開口を含んでいる。そして、この第 2の金属膜マスクパターン 4aを介して、 再度 DLC層 4へ紫外線 5が照射される。
[0040] その結果、第 2の金属膜マスクパターン 4aの開口を通して紫外線 5が照射された記 録スポット領域は屈折率が n力 nへさらに上昇させられる。そして、これによつて 3
1 2
値記録が行われることになる。以上からわかるように、さらなる金属膜マスクパターン を用いて紫外線照射を繰り返すことによって、さらに多値の記録が可能となる。
[0041] (実施形態 3)
図 3の模式的な断面図は、本発明の実施形態 3による光情報記録媒体の作製と情 報記録の方法を図解している。この実施形態 3においても、ガラス基板 1上にプラズ マ CVDによって DLC層 2が堆積される。
[0042] しかし、この DLC層 2上にはクロム膜が堆積され、ステツパ露光とエッチングによつ てそのクロム膜をパターンィ匕した金属膜マスクパターン 4bが作製される。この場合、 ステツパ露光とエッチングは複数段階に行われ、図 3の例では金属膜マスクパターン 4bは、複数の記録スポット領域に対応する複数の微小領域にぉ 、て厚さが 0をも含 めて 3段階に変化させられている。そして、この金属膜マスクパターン 4bを介して、 D LC層 4へ紫外線 5が照射される。
[0043] 紫外線 5は、金属膜マスクパターン 4bの最も厚 、領域は透過することができな！/、が 、薄い領域は部分的に透過することができる。たとえば、波長 250nmの紫外線は、 厚さ約 60nm以下のクロム膜を部分的に透過することができる。すなわち、金属膜マ スクパターン 4bは、記録スポット領域に対応する微小領域ごとに段階的に変化させら れた厚さに応じてエネルギビームを吸収するエネルギビーム吸収層として作用する。 したがって、金属膜マスクパターン 4bを介して DLC層 4へ紫外線 5を照射することに よって、 3段階に屈折率が変化させられた記録スポット領域力 SDLC層 2中に形成され 、これによつて 3値記録が行われることになる。
[0044] もちろん、紫外線に比べて透過能が高い X線、イオンビーム、または電子線を用い れば、金属膜が力なり厚くても部分的に透過することができ、多段階の厚さを含む金 属膜マスクパターン 4bにも適用可能であって、多値記録を行うことが容易となる。な お、この金属マスクとしては、エネルギビーム透過量の設計によっては、クロム以外に 金、ニッケル、タングステンなどをも好ましく用いることができる。
[0045] (実施形態 4)
本発明の実施形態 4による光情報記録媒体においては、図 5と図 6を参照して説明 された場合と同様にして、 2次元デジタルデータが DLC記録層にホログラム記録され る。すなわち、プラズマ CVDによってガラス基板上に堆積された厚さ 1 μ m程度の D LC層力 図 5におけるホログラム記録媒体 31として用いられる。また、ガラス基板上 に蒸着されたクロム膜力 ステツパ露光とエッチングによって 2次元デジタルデータを 表す金属膜マスクパターンに加工され、この金属膜マスクパターンが図 5中の 2次元 デジタルデータ 32として用いられる。 [0046] クロム膜の 2次元デジタルデータ 32を通過する物体光 33としてたとえば 250nmの 波長と 20mWZmm2のエネルギ密度とを有する紫外線が用いられ、この物体光が D LCのホログラム記録媒体 31へレンズ 34によって投射される。これと同時に、参照光 35としての紫外線も DLCのホログラム記録媒体 31へ照射され、それらの物体光 33と 参照光 35との干渉によるホログラムが DLCの記録媒体 31中の屈折率変化として記 録される。
[0047] こうして記録されたデータを再生する場合には、図 6に示されているように、記録時 に使用された参照光 35としての紫外線のみが DLCのホログラム記録媒体 31に照射 される。そして、その記録媒体 31中のホログラムの回折による紫外線の再生光 36が 投影レンズ 37によって再生パターン 38として CCDなどの 2次元撮像素子に投影され る。
[0048] (実施形態 5)
本発明による実施形態 5においては、積層導波路ホログラムメモリが作製される。こ の実施形態 5においては、図 1の場合に類似して、たとえば 100 mの厚さを有する ガラス基板 1上に、周知のプラズマ CVDによって DLC層 2力 たとえば厚さ lOOnm に堆積される。他方、ガラス基板 3上にはクロム膜が蒸着され、ステツパ露光とエッチ ングによってそのクロム膜をパターン化した金属膜マスクパターン 4が作製される。こ の金属膜マスクパターン 4は 1ページ分のデータに対応し、図 7に示されているような 周期的光散乱要素 (ホログラム） 19に対応する周期的で微小な複数の線分状開口を 含んでいる。
それらの微小線分状開口は、図 1にお 、てはその紙面に直交する方向に延在して 、 ると考えればよい。
[0049] 作製された金属膜マスクパターン 4は、 DLC層 2上に重ねられる。そして、たとえば 248nmの波長と 20mWZmm2のエネルギ密度とを有する紫外線 5が、金属膜マスク パターン 4を介して DLC層 2へ約 1時間照射される。その結果、 DLC層 2のうちで、紫 外線 5が金属膜マスクパターン 4によって遮蔽されたスペース領域は、その DLC膜が 堆積された当初の屈折率であるたとえば n = 1. 55を維持している。他方、 DLC層 2
0
のうちで、紫外線 5が金属膜マスクパターン 4の開口を通して照射された周期的な微 小線分領域は、その屈折率がたとえば n = 1. 70程度まで高められ得る。
1
[0050] こうして 1ページ分のデータに対応するホログラムが記録された DLC層 2とガラス基 板 1とのたとえば 40ペアを積層し、その最上の DLC層 2の表面上に厚さ 100 μ mの ガラス基板 1が積層される。こうして、約 4mmの厚さの積層導波路ホログラムメモリが 作製され得る。本実施形態 5において作製された積層導波路ホログラムメモリの読み 出しは、図 7を参照して説明された方法と同様にして行い得る。
産業上の利用可能性
[0051] 本発明によれば、耐久性に優れた DLC層のエネルギビーム照射によって大きな屈 折率変化が得られるので、簡便に高 、情報密度で記録できかつ耐久性にも優れた DLC記録層を含む光情報記録媒体を低コストで提供することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板上に堆積されたダイアモンド 'ライク'カーボン (DLC)層を含む光情報記録媒 体であって、この光情報記録媒体への情報の記録は複数の記録スポット領域のうち の選択された記録スポット領域にエネルギビームを照射してその記録スポット領域に おける前記 DLC層の屈折率を高めることによって行われ得ることを特徴とする光情 報記録媒体。
[2] 任意の選択された前記記録スポット領域における前記 DLC層は、前記エネルギビ ームの照射によって、複数の屈折率段階に設定されたいずれかの値まで高められ得 ることを特徴とする請求項 1に記載の光情報記録媒体。
[3] 請求項 1に記載された光情報記録媒体に情報を記録するための方法であって、 屈折率が高められるべき前記記録スポット領域に対応する開口を含む金属膜マス クパターンを介して前記 DLC層へ前記エネルギビームとして紫外線、 X線、イオンビ ーム、および電子線のいずれかを照射することによって、前記記録スポット領域にお ける前記 DLC層の屈折率を高めることを特徴とする光情報記録媒体の記録方法。
[4] 屈折率が高められた前記記録スポット領域から選択された記録スポット領域に対応 する開口を含むさらなる金属膜マスクパターンを介して前記 DLC層へ前記エネルギ ビームとして紫外線、 X線、イオンビーム、および電子線のいずれかを照射することに よって、前記選択された記録スポット領域における前記 DLC層の屈折率をさらに高 めるステップを含み、
このステップが一回以上繰り返されることを特徴とする請求項 3に記載の光情報記 録媒体の記録方法。
[5] 請求項 2に記載された光情報記録媒体に情報を記録するための方法であって、 前記記録スポット領域に対応して局所的に厚さが多段階に変化させられているエネ ルギビーム吸収マスクを介して前記 DLC層へ前記エネルギビームとして紫外線、 X 線、イオンビーム、および電子線のいずれかを照射することによって、前記記録スポ ット領域における前記 DLC層の屈折率を高めるステップを含み、
前記エネルギビーム吸収層は前記記録スポット領域の前記屈折率段階が高くなる にしたがって局所的に薄くされていることを特徴とする光情報記録媒体の記録方法。
[6] 基板上に形成された DLC層を含む光情報記録媒体であって、この光情報記録媒 体への情報の記録は、記録されるべき情報を含む物体光としての紫外線および参照 光としての紫外線を前記 DLC層に照射して生じるホログラムによってその DLC層中 に形成される屈折率変調構造として保存され得ることを特徴とする光情報記録媒体。
[7] 複数のクラッド層と複数の DLC層とが交互に積層された積層導波路型のホログラム 光情報記録媒体であって、各前記 DLC層には互いに異なる情報が記録されて!、て その記録情報に対応した周期的光散乱要素が生成されており、前記周期的光散乱 要素の各々は屈折率が高められた微小領域であることを特徴とする光情報記録媒体
[8] 請求項 7に記載された光情報記録媒体を製造するための方法であって、
(a) 前記クラッド層として作用する透光性基板上に前記 DLC層を堆積し、
(b) 前記周期的光散乱要素に対応した開口を含む金属膜マスクパターンを介して 前記 DLC層へエネルギビームとして紫外線、 X線、イオンビーム、および電子線のい ずれかを照射して前記開口領域における DLC層の屈折率を高めることによって前記 周期的光散乱要素を生成させ、
(c) 前記ステップ (a)および (b)を経た前記クラッド層と前記 DLC層のペアの複数 を積層し、
(d) 最上層として露出して 、る前記 DLC層上に前記クラッド層を重ねるステップを 含むことを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
[9] 請求項 1、 2、 6、および 7のいずれかに記載された光情報記録媒体を製造するため の方法であって、
前記 DLC層はプラズマ CVDによって堆積されることを特徴とする光情報記録媒体 の製造方法。
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