JP4109475B2 - 誘電体記録媒体とその製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体材料に情報を記録し再生する誘電体記録媒体とその誘電体記録媒体の製造方法及びその製造装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多くの種類の誘電体材料や圧電材料が開発され、超音波素子や光素子及びメモリ等に多く用いられている。それに伴い、誘電体材料の残留分極分布や圧電材料の局所異方性の計測が行える方法の開発と共に、その技術を適用して誘電体材料に情報を記録し、再生する技術の開発が進められているところである。
【０００３】
さて、誘電体材料に情報を記録するには誘電体の分極領域の分極方向を情報に対応させて形成する。例えば１８０度ドメインを有するＬｉＴａＯ３等の強誘電体バルク単結晶を記録媒体として用いる場合には、Ｚ−ｃｕｔの単結晶を機械研磨によって薄片化した後、裏面を導電性ペーストで導体基板上に貼り付けて保持したものを誘電体記録媒体として用いていた。
【０００４】
または誘電体の結晶材料の裏面を導電性ペーストで導体基板上に貼り付けて保持した後、表面側からイオンビームエッチング等によって薄片化し、記録媒体として用いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上述したように微小領域で高密度に情報を記録するためには、記録再生用の探針の径を小さくすると共に、記録媒体をできるだけ薄く形成する必要がある。このため従来は、薄片化のために機械的研磨やイオンビームによるエッチング等が用いられてきた。
【０００６】
しかしながら、機械研磨による方法では、例えば結晶の裏面を研磨装置の面に対してわずかに傾斜させて研磨を行う斜め研磨法を用いても、数μｍ程度までに薄くすることが限界であり、それよりは安定した形状を保ったままで薄くすることは、結晶の強度不足によって破壊が起こるため困難であった。
【０００７】
また、結晶を所望の厚さに研磨するためには、研磨途中において適宜結晶の厚さを直接測定することが必要であるが、測定に時間を要するものであった。特に一辺がｍｍオーダーの大きな結晶を扱う場合は、全面が均一の厚さで研磨し薄膜化することは極めて困難であった。
【０００８】
従って本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、高密度記録に適した極めて薄く、且つ例えば一辺がｍｍオーダーの大きな結晶単結晶誘電体材料からなる記録部を有する誘電体記録媒体と、その誘電体記録媒体の製造方法及びその製造装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体記録媒体は上記課題を解決するために、誘電体材料に情報を記録し再生する誘電体記録媒体であって、所定の厚さを有する前記誘電体材料の、少なくとも記録再生が行われる裏面に導電体が設けられ、且つ前記裏面は前記導電体を介して基板に固着されている構成である。
【００１０】
本発明の誘電体記録媒体によれば、均一な厚さを有する誘電体材料の裏面に導電体が設けられ、この導電体は所定の電圧、例えばグランドに接続される。表面に記録再生用の探針が当接して電圧が印加された場合、裏面に設けられた導電体との間に発生する電界に基づいて誘電体材料に分極領域が形成され、情報の記録が行われる。
【００１１】
また、誘電体材料は導電体を介して強固な基板に固着されているので、大きなサイズの薄い誘電体材料であっても記録面の平面性が確保されると共に、機械的強度が十分に得られる。
【００１２】
本発明の誘電体記録媒体の一態様では、誘電体材料に情報を記録し再生する誘電体記録媒体であって、所定の厚さを有する前記誘電体材料の、記録再生が行われる表面の周囲と、裏面の全面と、側面とに導電体が設けられ、且つ前記裏面は前記導電体を介して基板に固着されている構成である。
【００１３】
この態様によれば、誘電体材料の裏面に限らず、記録の使用される表面の周囲と側面に導電体が形成されている。これにより表面の周囲に設けられた導電体に探針が接触することで、記録領域から逸脱したことが検知され、装置の制御用の信号として用いることができる。また、表面に帯電する電荷を速やかに除去することができる。
【００１４】
本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、前記基板はシリコン基板である。
【００１５】
この態様によれば、基板として化学的に安定で熱的にも形状変化の少ないシリコン基板を用いることで記録面の平面性の維持と機械的破壊からの保護に効果が大きい。
【００１６】
本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、前記誘電体材料を固着する面には凹部が設けられている。
【００１７】
この態様によれば、誘電体材料を固着する場合に、残余の接着剤が凹部に吸収され、接着面の平坦性が確保される。この凹部は機械的手段やエッチング手段によって形成された複数の溝や、化学的或いは機械的手段で面が荒らされた状態のものが用いられる。
【００１８】
本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、前記誘電体材料を前記基板に固着する手段は樹脂系の接着剤である。
【００１９】
この態様によれば、薄く大きなサイズの誘電体材料であっても平坦性を十分に確保して基板に強固に接着することが可能となる。
【００２０】
本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、前記誘電体材料は強誘電体材料である。
【００２１】
この態様によれば、誘電体材料としては強誘電体材料を用いる。分極領域が記録の有無で明確になり、記録再生が良好に行われる。
【００２２】
本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、前記誘電体材料はＬｉＴａＯ_３である。
【００２３】
この態様によれば、誘電体材料としてＺ−ｃｕｔのＬｉＴａＯ_３を用いる。ＬｉＴａＯ_３は誘電率が低いために電界印加による分極反転が容易であり、分極領域が記録の有無で明確になり、記録再生が良好に行われる。
【００２４】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法は上記課題を解決するために、誘電体材料に情報を記録し再生するための誘電体記録媒体の製造方法であって、前記誘電体材料の記録用領域を覆うマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクで覆われた前記誘電体材料を所定の深さにエッチングする第一のエッチング工程と、前記マスクを除去した後、前記第一のエッチング工程によりエッチングされた面の全面にわたって導電体薄膜を形成する導電体薄膜形成工程と、前記導電体薄膜を形成した面を基板に固着する固着工程と、前記誘電体材料の前記基板に固着した面とは反対の面から前記誘電体材料をエッチングする第二のエッチング工程とを備える。
【００２５】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法によれば、本発明の極めて薄い誘電体記録媒体を高品質で安価に量産可能となる。
【００２６】
マスク形成工程では、誘電体材料の表面に記録用領域を設定するマスクを形成する。一般的に用いられているマスク作成方法が利用可能である。単一の誘電体記録媒体を作成する場合は１つの記録用領域をこのマスクで覆い、複数の誘電体記録媒体を作成する場合は機械的な分離、切断が可能なスペースを空けて、夫々の対応する領域をこのマスクで覆う。
【００２７】
第一のエッチング工程では、誘電体材料のマスクした以外のところ、即ち記録用領域の周囲を所定の深さにエッチングする。この深さが記録媒体としての厚みに相当する。
【００２８】
導電体薄膜形成工程では、第一のエッチング工程によりエッチングされた面の全面にわたって導電体薄膜を形成する。この面は誘電体材料の裏面に相当する。この導電体薄膜は真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等が用いられる。この導電体薄膜は所定の電圧、例えばグランドに接続され、記録用の探針に印加される電圧で、この探針と導電体薄膜との間に生じる電界によって誘電体材料に分極領域を生じさせ、情報の記録を行う。
【００２９】
固着工程では、前記導電体薄膜を形成した面を基板に固着する。接着剤として樹脂系の接着剤を用いる。導電体薄膜が設けられた誘電体材料を基板に強固に固着することで強度と平面性が確保される。
【００３０】
第二のエッチング工程では、誘電体材料の基板に固着した面とは反対の面から誘電体材料を研削する。このエッチング面が記録用の表面となる。エッチングは裏面に設けられた、記録領域の周囲に設けられた導電体薄膜が露出するまで行う。このエッチングにより現れた導電体薄膜が誘電体材料の記録面を囲む導電体となる。
【００３１】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法の一態様では、前記誘電体材料の記録用領域は複数の領域からなり、前記第二のエッチング工程によりエッチングされた後、夫々の領域を分離する分離工程を備える。
【００３２】
この態様によれば、複数の誘電体記録媒体を形成する場合、第二のエッチング工程の後、夫々の誘電体記録媒体が分離スペースに沿って分離される。分離にはレーザやダイシング等が用いられる。
【００３３】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の態様では、前記第二のエッチング工程によりエッチングされた量を計測する計測工程と、前記計測工程により計測されたエッチング量に基づき、前記第二のエッチング工程を制御する制御工程とを備える。
【００３４】
この態様によれば、計測工程では、第二のエッチング工程によりエッチングされた量を計測する、もしくは導電体薄膜が露出したことを検出する。検出手段として磁気的手段、電気的手段、光学的手段等が用いられる。また、制御工程では、計測工程により計測された結果に基づき第二のエッチング工程を制御する。これにより記録領域を囲む導電体薄膜が露出したと確認された場合、エッチングを終了させ、正確なエッチング量の制御が可能となる。
【００３５】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の態様では、前記基板の、前記導電体薄膜を形成した面を固着する面に、凹部を形成する凹部形成工程を備える。
【００３６】
この態様によれば、誘電体材料を固着する場合に、残余の接着剤を吸収する凹部が、基板表面に形成される。この凹部の形成は機械的手段、エッチング手段、化学的手段で行うことが可能である。
【００３７】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の態様では、前記第一のエッチング工程はドライエッチング手段によるエッチング工程である。
【００３８】
この態様によれば、マスクに基づき誘電体材料を、記録領域を残してエッチングする手段としてドライエッチングを用いる。所定の深さで正確にエッチングすることが可能となる。
【００３９】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の態様では、前記第二のエッチング工程は機械研磨手段によって研削するエッチング工程である。
【００４０】
この態様によれば、誘電体材料の導電体薄膜までのエッチングが速やかに行われる。
【００４１】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の態様では、前記第二のエッチング工程は、前記機械研磨手段によるエッチング工程と、前記ドライエッチング手段によるエッチング工程とを備え、前記機械研磨手段によるエッチング工程により前記誘電体材料を所定の厚みを残して研削した後、前記ドライエッチング手段によるエッチング工程により前記導電体薄膜形成工程で形成された前記導電体薄膜に達するまで前記誘電体材料のエッチングを行う工程である。
【００４２】
この態様によれば、誘電体材料の記録領域を囲む導電体薄膜までのエッチングは、まず、機械的研磨によって導電体薄膜には達しない所定の厚みを残して速やかに研削し、次に機械的研磨よりもエッチングレートが遅く、エッチング量の精密な制御が容易なドライエッチングによって導電体薄膜が現れるまで正確にエッチングが行われる。
【００４３】
本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の態様では、前記ドライエッチング手段によるエッチング工程の後、ウエットエッチングを行うウエットエッチング工程を備える。
【００４４】
この態様によれば、このウエットエッチングは最終的な加工変質層除去を目的としたもので、基板の加工による結晶性の劣化部分を除去することができ、結晶薄板の強誘電性を良好に引き出す。
【００４５】
本発明の強誘電体記録媒体の製造装置は上記課題を解決するために、誘電体材料に情報を記録し再生するための誘電体記録媒体の製造装置であって、前記誘電体材料の記録用領域を覆うマスクを形成するマスク形成手段と、前記マスクで覆われた前記誘電体材料を所定の深さにエッチングする第一のエッチング手段と、前記マスクを除去した後、前記第一のエッチング手段によりエッチングされた面の全面にわたって導電体薄膜を形成する導電体薄膜形成手段と、前記導電体薄膜を形成した面を基板に固着する固着手段と、前記誘電体材料の前記基板に固着した面とは反対の面から前記誘電体材料をエッチングする第二のエッチング手段とを備える。
【００４６】
本発明の誘電体記録媒体の製造装置によれば、本発明の極めて薄い誘電体記録媒体を高品質で安価に量産可能となる。
【００４７】
マスク形成手段は、誘電体材料の表面に記録用領域を設定するマスクを形成する。一般的に用いられているマスク作成手段が利用可能である。
【００４８】
第一のエッチング手段は、誘電体材料のマスクした以外のところ、即ち記録用領域の周囲を所定の深さにエッチングする。この深さが記録媒体としての厚みに相当する。このエッチング手段として例えばＥＣＲエッチング装置、ＲＩＥエッチング装置、イオンビームエッチング装置等がある。これらのエッチング装置によって正確に誘電体材料のエッチングが行われる。ＬｉＴａＯ_３のような酸化物材料でも良好にドライエッチングが可能となる。
【００４９】
導電体薄膜形成手段は、第一のエッチング手段によりエッチングされた面の全面にわたって導電体薄膜を形成する。この導電体薄膜の形成には真空蒸着装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置等が用いられる。
【００５０】
固着手段は、前記導電体薄膜を形成した面を基板に固着する。接着剤として樹脂系の接着剤を用いる。
【００５１】
第二のエッチング手段は、誘電体材料の基板に固着した面とは反対の面から記録領域を囲むの導電体薄膜が露出するまで誘電体材料を研削する。
【００５２】
本発明の誘電体記録媒体の製造装置の一態様では、前記誘電体材料の記録用領域は複数の領域からなり、前記第二のエッチング手段によりエッチングされた後、夫々の領域を分離、切断する分離手段を備える。
【００５３】
この態様によれば、複数の誘電体記録媒体を形成する場合、例えばレーザやダイシング等の分離手段によって夫々の誘電体記録媒体が分離スペースに沿って分離される。
【００５４】
本発明の誘電体記録媒体の製造装置の他の態様では、前記第二のエッチング手段によりエッチングされた量を計測する計測手段と、前記計測手段により計測されたエッチング量に基づき、前記第二のエッチング手段を制御する制御手段とを備える。
【００５５】
この態様によれば、計測手段は、第二のエッチング手段によりエッチングされた量を計測する、もしくは導電体薄膜が露出したことを検出する。検出手段として磁気的手段、電気的手段、光学的手段、Ｑ−ｍａｓｓなどの分析手段等が用いられるが、例えば発光スペクトル分析を用いると、誘電体材料のエッチングが進み、導電体薄膜の成分がプラズマの発光スペクトルに含まれるようになると導電体薄膜が露出したということで、エッチング量を検出することができる。また、制御手段は、計測手段により計測された結果に基づき第二のエッチング手段を制御する。これにより記録領域を囲む導電体薄膜が露出したと確認された場合、エッチングを終了させる。
【００５６】
本発明の誘電体記録媒体の製造装置の他の態様では、前記基板の、前記導電体薄膜を形成した面を固着する面に、凹部を形成する凹部形成手段を備える。
【００５７】
この態様によれば、誘電体材料を基板に接着する際に、残余の接着剤を吸収する凹部が形成される。
【００５８】
本発明の誘電体記録媒体の製造装置の他の態様では、前記第二のエッチング手段は、機械研磨手段と、ドライエッチング手段とを備える。
【００５９】
この態様によれば、誘電体材料の導電体薄膜までのエッチングは、まず、機械研磨手段により導電体薄膜には達しない所定の厚みを残して速やかに研削でき、その後、ドライエッチング手段により記録領域を囲む導電体薄膜が現れるまで正確にエッチングをすることが可能となる。
【００６０】
本発明のこのような作用、及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
（誘電体記録媒体に係わる実施形態）
本発明の誘電体記録媒体の実施形態について図１から図４を参照して説明する。尚、図１は本発明の誘電体記録媒体の第一の形態を示す図であって、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａにおける断面側面図である。図２は第二の形態を示す図であって、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図側面である。また図３は図２に示す誘電体記録媒体の切り出しを示す図であり、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃにおける断面側面図である。更に図４は本発明の誘電体記録媒体の作成形態を説明するための図であって、同図（ａ）は単体の場合のマスク配置であり、同図（ｂ）は複数の場合のマスク配置の例である。
【００６２】
誘電体記録媒体１は、図１に示すように誘電体材料１１、導電薄膜１２、基板１３が積層し、導電薄膜１２と基板１３は樹脂系の接着剤１４で接着されている構成である。
【００６３】
誘電体材料１１は均一な厚さを有する、例えば強誘電体単結晶からなり、その一つの面を記録再生面とし記録再生用の探針が作用する。誘電体材料１１の大きさは一辺がｍｍオーダーと大きく、その厚さは例えば５０００Å程度である。材料としては１８０度ドメインを有するＬｉＴａＯ_３が用いられる。その他誘電体材料としては、ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃の固溶体であるＰＺＴ材料、ＰｂＴｉＯ₃で表されるチタン酸鉛、ＰｂＺｒＯ₃で表されるジルコン酸鉛、ＢａＴｉＯ₃で表されるチタン酸バリウム、ＬｉＮｂＯ₃で表されるニオブ酸リチウム、鉛（Ｐｂ），ランタン（Ｌａ），ジルコニウム（Ｚｒ），チタン（Ｔｉ）系の固溶体であるＰＬＺＴ材料、ビスマス（Ｂｉ），ナトリウム（Ｎａ），鉛（Ｐｂ），バリウム（Ｂａ）系の固溶体であるＢＮＰＢ材料等がある。
【００６４】
導電薄膜１２は誘電体材料１１の記録再生面を除いた周囲に１０００〜２０００Å程度の厚さで設けられている。この導電薄膜１２は例えばアルミニウムを真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の手法により付けられ、記録再生装置のグランドに接続される。アルミニウムの他に白金等の金属や耐食性に優れたＩｎＯ_２等の酸化物導電膜でも良い。
【００６５】
基板１３は薄い誘電体材料１１を保持し平面性を維持するためのものであり、例えば所定厚さのシリコン等を用いる。また、接着される面は凹部１３ａが設けられている。この凹部１３ａは比較的大きく薄膜の誘電体材料１１を基板１３に接着するときに、接着剤の過剰の部分を吸収して均一で平坦な接着面を形成することに効果がある。
【００６６】
樹脂系の接着剤１４は導電薄膜１２が設けられた誘電体材料１１を基板１３に固着するための接着剤であって、強固に接着し平坦な接着面が得られる。
【００６７】
更に、このような構成を有する誘電体記録媒体１を取り扱いの利便性と、強度を確保するためにプラスチック或いはセラミック等の材料で記録再生面を除いて周囲を覆いパッケージングしてもよい。
【００６８】
また、図２に示す誘電体記録媒体２は複数の誘電体記録媒体を一度に作成する方法で作成したものから一つを切り出した形態のもので、その構成、作用は図１を参照して説明したことと同様である。図３は４つの誘電体記録媒体を一度に作成した形態のものであり、最終工程で切断し、誘電体記録媒体１１ａ〜１１ｄに分離される。その時の製造上のマスク１５は図４に示すようなものになる。図２に示す誘電体記録媒体２は切り出された一つに対応しているが、更に多くの誘電体記録媒体を一度に作成することも可能である。
【００６９】
上述した構成の誘電体記録媒体１の記録媒体としての作用は、誘電体材料１１の記録再生面に当接した探針に電圧が印加され、誘電体材料１１の裏面の導電薄膜１２との間に電界が発生して、探針が当接した部位を分極させる。この分極を誘電体材料１１の裏面まで到達させることで安定した分極領域が形成され、情報が記録される。一方、再生においては探針を記録再生面に当接してトレースすることにより、例えば非線形誘電率顕微鏡法によって分極に対応した微小な容量変化を検出して記録情報を再生することになる。この際、媒体全体を予め＋面または−面に初期化しておくとＳＮ比が向上する。
【００７０】
このような誘電体記録媒体１及び２は１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２を超える記録密度を有する超高記録密度の記録再生媒体である。
【００７１】
（誘電体記録媒体の製造方法に係わる実施形態）
次に誘電体記録媒体の製造方法について図５から図７を参照して説明する。ここでは図３に示すように複数の記録媒体を一度に作成する形態について説明するが、同様の方法により単体で作成することができることは当然である。尚、図５は本発明の誘電体記録媒体の製造工程を示す断面図であって、同図（ａ）は誘電体材料であり、同図（ｂ）は誘電体材料にレジストを設けた状態であり、同図（ｃ）はエッチングした状態であり、同図（ｄ）はレジストを除去した状態である。また、図６は図５に続く製造工程を示す図であって、同図（ａ）はエッチングした面に導電性薄膜を形成した状態であり、同図（ｂ）は導電性薄膜を形成した面を基板に貼り付けた状態であり、同図（ｃ）は機械研磨により誘電体材料を研磨した状態であり、同図（ｄ）は機械研磨した後、ドライエッチッグにより誘電体材料をエッチングした状態である。更に図７は基板の接着面の状態を示す図であり、同図（ａ）は溝が設けられているものであり、同図（ｂ）は表面があらされて凹部が形成されている状態を示す。
【００７２】
まず図５（ａ）に示すように、誘電体材料１１として、例えば一辺が１０ｍｍ程度、厚さが０．２〜０．５ｍｍ程度の両面が平行、且つ鏡面研磨された強誘電体単結晶、例えばＺ−ｃｕｔのＬｉＴａＯ３単結晶を用いる。
【００７３】
次に図５（ｂ）に示すように、誘電体材料１１の一方の面上に、記録する領域を覆うようにマスク１５を設ける。マスク１５は金属膜、レジスト膜、ドライレジストフィルム等を一般に用いられている手法で形成する。
【００７４】
次に図５（ｃ）に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ、或いはイオンビーム等のエッチングによって、マスク１５の周辺を深さが１μｍ以下、即ち記録媒体の厚さ程度にエッチングする。
【００７５】
次に図５（ｄ）に示すように、マスク１５を除去し、エッチングの深さを接触式の段差計やレーザ干渉等を用いて精密に測定する。最終的な記録部の厚さはこの深さに基づいて定まるためである。ここで測定されたデータはエッチング工程にフィードバックされる。
【００７６】
次に図６（ａ）に示すように、エッチングした面に記録媒体の電極となる導電薄膜１２をスパッタや蒸着等の手段で形成する。導電薄膜１２の材料としてアルミニウムや白金等の金属材料や耐食性に優れたＩｎＯ_２等の酸化物導電膜が用いられる。
【００７７】
次に図６（ｂ）に示すように、導電薄膜１２と基板１３を樹脂系の接着剤等の強固な接着材料によって接着する。基板１３は例えばシリコンであり、その接着面は図７に示すように溝状の凹部１３ａや表面が荒らされて形成された凹部１３ａを有している。この凹部１３ａによって余分の接着剤が吸収され、接着面が均一で平坦となる。特に記録面が広く厚さが薄い誘電体単結晶を均一な平坦面に維持する必要があるが、これを実現するために凹部１３ａの効果は大きい。また、強固なシリコンの基板１３に接着することで誘電体単結晶の変形や破損を防止している。
【００７８】
次に図６（ｃ）に示すように、誘電体材料１１を研磨によって、例えば厚さが１０μｍ以下にする。この時、研磨装置に誘電体材料１１を取り付ける際、研磨装置の基準面となる定盤と誘電体材料１１の研磨面が光学的波長のレベルで平行度が出るように調節する。これは例えば研磨装置の基準面と誘電体材料１１を保持する面とが円周上の３点で保持され、基準面と保持する面との角度を調節できる平行度調整装置を用い平行度を出す。その調節は例えば基準面としてオプティカルフラットを用い、誘電体材料１１の表面との干渉縞（ニュートンリング）の間隔が最大となるようにすることで行われる。この方法によれば誘電体材料１１を基板１３に接着する際に、誘電体材料１１と基板１３との間で平行度のずれが生じても研磨による誘電体材料１１そのものの表裏の平行度は確保される。
【００７９】
上述した研磨工程では、最初に１μｍ程度の砥粒によるラッピング工程の後に化学機械研磨によるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）でのポリッシング工程を経ることで、加工変質層の少ない仕上げを行うことができる。
【００８０】
更に次に図６（ｄ）に示すように、研磨面からＲＩＥ、ＥＣＲプラズマ、イオンビーム等のエッチングによって、均一に薄く、誘電体材料１１の周辺に設けられた導電体１２が現れるまで精密にエッチングする。エッチングの終点検出には例えば導電薄膜１２の成分元素がエッチング装置内に放出されると、発光スペクトルやQ−ｍａｓｓ（Quadrupole Mass Spectrometer）等の分析手段で検出が可能であり、これが検出された時点でエッチングを終了させる。
【００８１】
上述したようにして作成された誘電体記録媒体は、例えば記録ドットとなる分極領域のサイズを２５ｎmとすると、１．６Ｇｂｉｔｓ／ｍｍ^２程度の膨大な記憶容量を有するものとなる。
【００８２】
尚、ドライエッチングの後にフッ酸等の酸によるウエットエッチングを行っても良い。これは最終的な加工変質層除去を目的としたものであって、基板の加工による結晶性の劣化部分を除去することが可能であり、結晶薄板の強誘電性を良好に引き出すことが可能となる。
【００８３】
次に、本発明の誘電体記録媒体の製造法に用いられる化学的機械研磨（ＣＭＰ）の例について説明する。図８に示すように研磨テーブル２１上に貼られた研磨パッド２２に研磨粒子を分散させた液体、即ち研磨剤２４をノズル２３から滴下させ、回転テーブル２５に載置した誘電体記録媒体２を研磨パッド２２に押し付け、研磨テーブル２１や回転テーブル２５を矢印Ｒ１、Ｒ２で示しように回転させて誘電体記録媒体２を研磨する。研磨粒子は数百Å程度の微小なシリカ粒子やアルミナ粒子等が用いられる。また、研磨粒子を分散させる液体は研磨粒子や研磨する誘電体材料１１によって、ｐＨの調節や電解質の混入、研磨粒子の分散、凝集状態等の制御が行われる。
【００８４】
次に、本発明の誘電体記録媒体の製造法に用いられるＥＣＲエッチング装置の例について説明する。図９に示すように、プラズマ発生部３１にＡｒ等のガスが送り込まれ、２．５ＧＨｚ程度のマイクロ波が加えられる。プラズマ発生部３１にはマイナスの直流電圧が加わり、プラズマが発生する。このプラズマはプラズマ発生部３１の周囲に設けられた電磁石３２が形成する軸方向の磁界強度分布に従って移動し、引き出し電極３３によって並行に加速してホルダ３５に載置した誘電体記録媒体２に衝突する。その衝突のエネルギーで誘電体材料１１はエッチングされる。プラズマの衝突角度によってエッチングの状態がことなることから、ホルダ３５付近の磁界を平行な磁界分布とし、大電流で均一且つ平行なプラズマ流を誘電体材料１１に照射させるようにしている。
【００８５】
また、図１０は誘電体としてＺ−ｃｕｔＬｉＴａＯ_３単結晶を用いた場合の厚みと分極領域を反転させる最小電圧の関係を、探針の形状をパラメータとして示す図である。探針形状と誘電体記録媒体の厚み、領域サイズ、分極領域の反転電圧等には相似性のあることが確認されている。また、記録に対応する分極領域は探針の径と略同等の大きさで形成されるので、高密度記録を行うためには、その径を小さくすることが好ましい。一方、分極領域を形成する電圧は誘電体材料１１の厚みが厚いほど印加する電圧を高くする必要のあることが同図から知られるところである。特に探針の径が小さくなるほど、誘電体材料１１の厚みに対する印加電圧の増加は急峻になる。従って、印加電圧を低い電圧、例えば１０Ｖ程度とするためには誘電体材料１１の厚みを、例えば５０００Å程度と薄くする必要がある。本発明の誘電体記録媒体の製造方法はこれを実現するものである。
【００８６】
以上説明した方法により強誘電体単結晶を理想的な極薄材料とすることができ、均一で平坦であり且つ大きなサイズの強誘電体単結晶を用いた高密度、高記録容量の記録媒体の実現が可能となる。
【００８７】
（誘電体記録媒体の製造装置に係わる実施形態）
図１１に示す本発明の誘電体記録媒体の製造装置は、大きな誘電体記録媒体を複数個、一回の製造工程で作成する装置であって、記録エリア形成部６１、導電体薄膜形成部６２、記録媒体と基板の貼り合せ部６３、基板形成部６４、機械研磨部６５、ドライエッチング部６６、研磨量検出部６７、エッチング量検出部６８、研磨量制御部６９、エッチング量制御部７０、切断部７１を備えて構成される。
【００８８】
記録エリア形成部６１は、図４（ｂ）に示すように誘電体材料１１の上に例えば４つの記録エリアを形成するために、記録エリア部分を覆うマスクを設ける。マスクは汎用の方法によって作成することが可能である。このマスクで覆われた状態の誘電体材料１１をＥＣＲプラズマやＲＩＥエッチング装置等によって、記録部を残して所定の深さ、例えば５０００Å程度の深さまでエッチングする。このエッチング量は、分解・反応性生物の種類、量の変化によるガスクロマトグラフ測定、プラズマの発光、吸光スペクトルの分析、放電インピーダンスの測定等によるプラズマ状態の変化等を検出して制御が行われる。エッチングが終了するとマスクを除去する。そのマスクを除去した部位が記録部分を形成し、エッチングした深さは記録部の厚みに相当する。
【００８９】
導電体薄膜形成部６２は、記録エリア形成部６１でエッチングした面の全面に所定の厚さで導電薄膜１２を形成する。この導電薄膜１２はエッチングされた側壁にも形成され、誘電体材料１１の全面を覆うことになる。導電薄膜１２の形成には真空蒸着装置、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置等、所定の装置が用いられ、その薄膜の厚さは薄膜の堆積や成長する速度による時間制御、電気抵抗の測定による制御等で行われる。導電薄膜１２を形成する材料は白金やアルミニウム等の金属、及びＩｎ等の酸化物導電体が用いられる。
【００９０】
記録媒体と基板の貼り合せ部６３は、導電薄膜１２を設けた面を基板１３に樹脂系の接着剤の接着剤を用いて接着し固定する。基板１３の接着面は凹部１３ａが設けられていて余分の接着剤がこの凹部１３ａで吸収され、接着後の接着面は平坦性が確保される。
【００９１】
基板形成部６４は、基板１３の接着面に凹部１３ａを設ける。この凹部１３ａの形成は機械的研削やエッチングによる溝の形成、或いは化学的処理による方法等が用いられる。この凹部１３ａは前述したように余分の接着剤を吸収し、接着面の平坦性を確保するためのものである。
【００９２】
機械研磨部６５は、例えば上述した図８に示すような機械研磨手段であり、誘電体材料１１を基板１３とは反対の面から所定の厚さ、例えば１０μｍ以下の厚さまで研磨する。大きな面を均一の厚さに研磨するために、研磨定盤と試料表面とは光学的波長レベルの平行度が必要であり、その調節が可能な調節機構を備えている。その調節機構として例えばオプティカルフラットを用い、試料表面との干渉縞の間隔が最大となるように調節する。このように機械研磨部６５は誘電体材料１１の平行度を確保し効率的に研削するために用いられる。
【００９３】
ドライエッチング部６６は、機械研磨の後、導電薄膜１２が露出するまでの微細なエッチングを正確に行う。ドライエッチングとしては例えば上述した図９に示すＥＣＲエッチング装置やＲＩＥエッチング装置が用いられる。
【００９４】
研磨量検出部６７は、機械研磨手段により研磨された量を検出し、機械研磨量の制御に供される。検出手段としては、例えば研磨厚みに相当する機構部位の位置を電気的、磁気的、光学的スケールを用いることができる。
【００９５】
エッチング量検出部６８は、ドライエッチングによりエッチングされた量を検出し、ドライエッチングの制御に供される。エッチングの終点検出には導電薄膜１２が露出した際の分解・反応性生物の種類、量の変化によるガスクロマトグラフ測定、プラズマの発光、吸光スペクトルの分析、Ｑ−ｍａｓｓ等の手段を用いることが可能である。
【００９６】
研磨量制御部６９は、研磨量検出部６７の研削された量に基づき、機械研磨部６５の動作を制御する。ドライエッチングによる最終のエッチング量を設定するもので、ドライエッチングによるエッチング量が少ないほど製造時間が短縮されるため導電薄膜１２に損傷を与えない範囲で機械研磨の量が大きいことが望ましい。
【００９７】
エッチング量制御部７０は、導電薄膜１２が露出するまでの最終仕上げのエッチング量の制御をする。エッチング量検出部６８の検出データに基づき、例えばＥＣＲエッチング装置の制御が行われる。
【００９８】
切断部７１は、上述した手段によって形成された複数の記録エリア部を分割して複数の誘電体記録媒体を完成させる部位である。その切断には、例えばレーザやダイシング等の切断手段が用いられる。
【００９９】
以上、複数の誘電体記録媒体を一度に作成する装置について説明したが、単体としての誘電体記録媒体の作成に関しては、記録エリア形成部６１で単体用のマスクを用い、最後の切断部７１での工程を経ないで作成できることは当然である。
【０１００】
（本発明の誘電体記録媒体を用いる情報記録再生装置の実施形態）
次に、本発明の誘電体記録媒体を用いる情報記録再生装置６について図１２を参照して説明する。ここで図１２は誘電体記録媒体１を用いた情報記録再生装置のブロック構成を示す図である。
【０１０１】
図１２に示すように、情報記録再生装置６は、誘電体記録媒体１と、探針５０と、電極５１と、交流信号発生部５２と、記録信号発生部５３と、加算部５４と、発振部５５と、ＦＭ復調部５６と、信号検出部５７と、インダクタＬと、インダクタＬａと、容量Ｃａと、ＳＷ１を備える。その他情報記録装置としての一般の各種機能を備えていることは当然である。
【０１０２】
探針５０は、その先端が所定の半径を有する半球状の部材で、少なくともその表面は電圧を印加するために導電性を有する。情報を記録する際にはこの探針５０に電圧を印加して、誘電体記録媒体１に分極領域を形成し、一方、再生する場合は探針５０で分極領域をトレースして記録情報をピックアップする。
【０１０３】
電極５１は、発振部５５で発振した高周波信号が探針５０に加わり、誘電体記録媒体１の微小領域に印加される高周波電界が接地に戻るための電極である。
【０１０４】
交流信号発生部５２は、探針５０に印加する交流信号を発生する手段であり、誘電体３５の微小領域に交番電界を印加して情報読み取り時の読み取り信号に変調を加えて、読み取り信号の分離が確実に行われるようにする。また、記録信号発生部５３からの記録信号にバイアスをかけ、探針５０に印加して情報を記録する。分極状態対応する探針直下の容量Ｃｓの違いが発振部５５の発振周波数を変調させ、これを復調することで正しい記録動作が行われているかをモニターすることが可能となる。情報読み取り時にはＳＷ１を端子ａ側に接続し、情報書き込み時にはＳＷ１を端子ｂ側に接続する。
【０１０５】
記録信号発生部５３は、誘電体記録媒体１に記録する情報を、記録に適した形態の信号に変換する。電圧レベル、パルス幅等も最適に設定されて出力される。
【０１０６】
加算部５４は、記録信号発生部５３からの記録用信号と、交流信号発生部５２からの交流信号を加算することで変調し、探針５０に印加する。
【０１０７】
発振部５５は、記録された情報を周波数変調してピックアップするための信号を発生する。その発振周波数は例えば１ＧＨｚ程度に設定される。
【０１０８】
インダクタＬａと容量Ｃａは、交流信号発生部５２の交流信号が発振部５５と干渉を起こすことを防止するために設けられたローカットフィルタを構成している。発振部５５の発振周波数は１ＧＨｚ程度であり、交流信号発生装置３６の交流信号はＭＨｚオーダーであっても１次のＬＣフィルタで十分分離は可能である。さらに周波数を高めることはデータ転送レート上有利であり、その場合はそれに適合したフィルタ定数を選定すればよい。
【０１０９】
インダクタＬは、探針５０の直下の分極領域に対応した容量Ｃｓとで共振回路を構成する。容量Ｃｓの変化により共振周波数が変化し、発振部５５の発信信号に周波数変調を加えることになる。この周波数変調を復調することにより記録情報を読み取ることができる。ここで共振回路中に容量Ｃａが入ってくるが、容量Ｃｓは容量Ｃａに対して極めて小さく、共振周波数に対しては主に容量Ｃｓが支配的要因となる。
【０１１０】
ＦＭ復調部５６は、インダクタＬと容量Ｃｓとで形成される共振回路により周波数変調された発振部５５の発振信号を復調する。これは通常のＦＭ検波手段が用いられる。
【０１１１】
信号検出部５７は、FM復調部５６で復調された信号から、交流信号発生部５２の交流信号を同期信号として用いて同期検波を行い、記録されている情報を再生する。
【０１１２】
次に、情報記録再生装置６の記録動作について説明する。ＳＷ１は端子ｂに接続する。まず、記録信号発生部５３に記録すべき情報を入力する。記録信号発生部５３では記録すべき情報を記録に適した所定のフォーマットに変換し、設定された電圧レベルとパルス幅のデジタル記録信号として出力する。
【０１１３】
記録信号発生部５３からの記録信号はインダクタＬａを介して探針５０に印加され、誘電体記録媒体１の導電薄膜１２との間で生じる電界により誘電体記録媒体１の所定部位に分極領域を形成し、情報が記録される。
【０１１４】
記録のモニターは形成された分極領域に対応する探針５０直下の容量ＣｓとインダクタＬの共振回路により発振部５５の発振周波数を周波数変調し、この周波数変調した信号をFM復調部５６で復調し、交流信号発生部５２の交流信号を同期信号として信号検出部５７で同期検波を行う。
【０１１５】
次に、情報記録再生装置６の再生動作について説明する。ＳＷ１は端子ａに接続する。探針５０には交流信号発生部５２から交流信号が印加される。この交流信号は同期検波するときの同期信号となる。探針５０が分極領域上をトレースすると容量Ｃｓを検出し、容量ＣｓとインダクタＬとで共振回路を構成して、その共振周波数で発振部５５の発振周波数を周波数変調する。この周波数変調した信号をFM復調部５６で復調し、交流信号発生部５２の交流信号を同期信号として信号検出部５７で同期検波を行って記録情報を再生することになる。
【０１１６】
このようにしてピックアップされた信号は、交流信号発生部５２の交流信号を同期信号として再生され、記録されている情報を再生する。尚、同期検波に用いられる手段はロックインアンプ等、交流信号発生部５２の交流信号と同期をとって信号を再生する回路であれば何れも使用可能である。
【０１１７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う誘電体記録媒体とその製造方法及びその製造装置もまた本発明の技術思想に含まれるものである。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明は一辺がｍｍオーダーの大きなサイズで薄い強誘電体材料の結晶を記録媒体として用いる誘電体記録媒体であって、極めて高密度、高記録容量の記録媒体を実現する。
【０１１９】
また、本発明の誘電体記録媒体の製造方法及び製造装置によれば、一辺がｍｍオーダーの大きなサイズの誘電体単結晶を１μｍ以下の厚さまで精度よく均一で平坦に形成でき、またその形状を保持できるので記録容量の極めて大きな誘電体記録媒体の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体記録媒体の第一の形態を示す図であって、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａにおける断面側面図である。
【図２】本発明の誘電体記録媒体の第二の形態を示す図であって、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図側面である。
【図３】図２に示す誘電体記録媒体の作成を示す図であり、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃにおける断面側面図である。
【図４】本発明の誘電体記録媒体の作成形態を示し、同図（ａ）は単体の誘電体記録媒体の場合のマスク配置であり、同図（ｂ）は複数の場合のマスク配置の例である。
【図５】本発明の誘電体記録媒体の製造工程を示す断面図であって、同図（ａ）は誘電体材料であり、同図（ｂ）は誘電体材料にレジストを設けた状態であり、同図（ｃ）はエッチングした状態であり、同図（ｄ）はレジストを除去した状態である。
【図６】図５に続く製造工程を示す図であって、同図（ａ）はエッチングした面に導電性薄膜を形成した状態であり、同図（ｂ）は導電性薄膜を形成した面を基板に貼り付けた状態であり、同図（ｃ）は機械研磨により誘電体材料を研磨した状態であり、同図（ｄ）は機械研磨した後、プラズマエッチッグにより誘電体材料をエッチングした状態である。
【図７】基板の接着面の状態を示す図である。
【図８】化学的機械研磨装置の一例を示す概略図である。
【図９】ドライエッチング装置の一例であるＥＣＲエッチッグ装置を示す概略図である。
【図１０】Ｚ−ｃｕｔＬｉＴａＯ_３単結晶を記録材料とした場合の誘電体の厚みと分極領域を反転させる最小電圧の関係を、探針半径をパラメータとして示す図である。
【図１１】本発明に係わる誘電体記録媒体を作成する装置のブロック図である。
【図１２】本発明に係わる誘電体記録媒体を用いた情報記録再生装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１、２・・・誘電体記録媒体
３・・・機械研磨装置
４・・・ＥＣＲエッチング装置
５・・・製造装置
６・・・情報記録再生装置
１１・・・誘電体材料
１２・・・導電薄膜
１３・・・基板
１３ａ・・・凹部
１４・・・エポキシ樹脂
１５・・・マスク
２１・・・研磨テーブル
２２・・・研磨パッド
２３・・・ノズル
２４・・・研磨剤
２５・・・回転テーブル
３１・・・プラズマ発生部
３２・・・電磁石
３３・・・引き出し電極
３４・・・イオンビーム
３５・・・ホルダ
５０・・・探針
５１・・・電極
５２・・・交流信号発部
５３・・・記録信号発生部
５４・・・加算部
５５・・・発振部
５６・・・ＦＭ復調部
５７・・・信号検出部

Claims (21)

1. 誘電体材料に情報を記録し再生する誘電体記録媒体であって、
   所定の厚さを有する前記誘電体材料の、記録再生が行われる裏面の全面と、表面の周囲との夫々に導電体が設けられ、且つ前記裏面は前記導電体を介して基板に固着されていること
   を特徴とする誘電体記録媒体。
2. 誘電体材料に情報を記録し再生する誘電体記録媒体であって、
   所定の厚さを有する前記誘電体材料の、記録再生が行われる裏面の全面と、側面との夫々に導電体が設けられ、且つ前記裏面は前記導電体を介して基板に固着されていること
   を特徴とする誘電体記録媒体。
3. 誘電体材料に情報を記録し再生する誘電体記録媒体であって、
   所定の厚さを有する前記誘電体材料の、記録再生が行われる表面の周囲と、裏面の全面と、側面とに導電体が設けられ、且つ前記裏面は前記導電体を介して基板に固着されていること
   を特徴とする誘電体記録媒体。
4. 前記基板はシリコン基板であること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体。
5. 前記誘電体材料を固着する面には凹部が設けられていること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体。
6. 前記誘電体材料を前記基板に固着する手段は樹脂系の接着剤であること
   を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体。
7. 前記誘電体材料は強誘電体材料であること
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体。
8. 前記誘電体材料はＬｉＴａＯ_３であること
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体。
9. 誘電体材料に情報を記録し再生するための誘電体記録媒体の製造方法であって、
   前記誘電体材料の記録用領域を覆うマスクを形成するマスク形成工程と、
   前記マスクで覆われた前記誘電体材料を所定の深さにエッチングする第一のエッチング工程と、
   前記マスクを除去した後、前記第一のエッチング工程によりエッチングされた面の全面にわたって導電体薄膜を形成する導電体薄膜形成工程と、
   前記導電体薄膜を形成した面を基板に固着する固着工程と、
   前記誘電体材料の前記基板に固着した面とは反対の面から前記誘電体材料をエッチングする第二のエッチング工程と
   を備えることを特徴とする誘電体記録媒体の製造方法。
10. 前記誘電体材料の記録用領域は複数の領域からなり、前記第二のエッチング工程によりエッチングされた後、夫々の領域を分離する分離工程を備えること
    を特徴とする請求項９に記載の誘電体記録媒体の製造方法。
11. 前記第二のエッチング工程によりエッチングされた量を計測する計測工程と、
    前記計測工程により計測されたエッチング量に基づき、前記第二のエッチング工程を制御する制御工程と
    を備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の誘電体記録媒体の製造方法。
12. 前記基板の、前記導電体薄膜を形成した面を固着する面に、凹部を形成する凹部形成工程を備えること
    を特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体の製造方法。
13. 前記第一のエッチング工程はドライエッチング手段によるエッチング工程であること
    を特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体の製造方法。
14. 前記第二のエッチング工程は機械研磨手段によって研削するエッチング工程であること
    を特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体の製造方法。
15. 前記第二のエッチング工程は、前記機械研磨手段によるエッチング工程と、前記ドライエッチング手段によるエッチング工程とを備え、前記機械研磨手段によるエッチング工程により前記誘電体材料を所定の厚みを残して研削した後、前記ドライエッチング手段によるエッチング工程により、前記導電体薄膜形成工程で形成された前記導電体薄膜に達するまで前記誘電体材料のエッチングを行う工程であること
    を特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体の製造方法。
16. 前記ドライエッチング手段によるエッチング工程の後、ウエットエッチングを行うウエットエッチング工程を備えること
    を特徴とする請求項１５に記載の誘電体記録媒体の製造方法。
17. 誘電体材料に情報を記録し再生するための誘電体記録媒体の製造装置であって、
    前記誘電体材料の記録用領域を覆うマスクを形成するマスク形成手段と、
    前記マスクで覆われた前記誘電体材料を所定の深さにエッチングする第一のエッチング手段と、
    前記マスクを除去した後、前記第一のエッチング手段によりエッチングされた面の全面にわたって導電体薄膜を形成する導電体薄膜形成手段と、
    前記導電体薄膜を形成した面を基板に固着する固着手段と、
    前記誘電体材料の前記基板に固着した面とは反対の面から前記誘電体材料をエッチングする第二のエッチング手段と
    を備えることを特徴とする誘電体記録媒体の製造装置。
18. 前記誘電体材料の記録用領域は複数の領域からなり、前記第二のエッチング手段によりエッチングされた後、夫々の領域を分離する分離手段を備えること
    を特徴とする請求項１７に記載の誘電体記録媒体の製造装置。
19. 前記第二のエッチング手段によりエッチングされた量を計測する計測手段と、
    前記計測手段により計測されたエッチング量に基づき、前記第二のエッチング手段を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の誘電体記録媒体の製造装置。
20. 前記基板の、前記導電体薄膜を形成した面を固着する面に、凹部を形成する凹部形成手段を備えること
    を特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体の製造装置。
21. 前記第二のエッチング手段は、機械研磨手段と、ドライエッチング手段とを備えること
    を特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体の製造装置。

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