FR2944132A1 - OPTICAL INFORMATION STORAGE STRUCTURE AND METHOD FOR OPTIMIZING THE PRODUCTION OF SAID STRUCTURE. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une structure de stockage optique à haute résolution possédant une capacité de stockage d'informations (C ) et comprenant : - un substrat (10) comportant des marques physiques (M ) dont la configuration géométrique définit l'information enregistrée, les plus petites marques physiques (2T) présentant une longueur sur substrat (L ) et une largeur sur substrat (l ) ; - une superposition d'au moins une première couche (111) et d'une seconde couche dite active (112) à la surface dudit substrat comportant les marques physiques, de manière à créer des marques d'informations (M ) assurant la capacité de stockage d'informations au niveau de la seconde couche active, de longueur optimale (L ) et de largeur dite optimale (l ) caractérisé en ce que : - la longueur sur substrat des marques répond à la condition suivante : - la largeur sur substrat des marques répond à la condition suivante : avec a et c étant compris entre environ 0,5 et 1 b et d étant compris entre environ 30 et 80 nanomètres et L et l compris entre 0 et environ 160 nanomètres. L'invention a aussi pour objet un procédé d'optimisation de réalisation de la structure de stockage optique.The invention relates to a high resolution optical storage structure having an information storage capacity (C) and comprising: - a substrate (10) having physical marks (M) whose geometric configuration defines the recorded information, the smaller physical marks (2T) having a substrate length (L) and a substrate width (1); a superposition of at least a first layer (111) and a second so-called active layer (112) on the surface of said substrate comprising the physical marks, so as to create information marks (M) ensuring the ability to storing information at the level of the second active layer, of optimal length (L) and of said optimum width (1), characterized in that: - the length on the substrate of the marks satisfies the following condition: - the width on substrate of the Marks satisfy the following condition: where a and c are between about 0.5 and 1b and d is between about 30 and 80 nanometers and L and l is between 0 and about 160 nanometers. The invention also relates to a method for optimizing the production of the optical storage structure.
Description
Structure de stockage optique d'informations et procédé d'optimisation de réalisation de cette structure Optical information storage structure and optimization method for producing this structure
Le domaine de l'invention est celui du domaine du stockage de données sur disques optiques, et plus particulièrement sur disques optiques haute densité nécessitant l'emploi de techniques dites de Super- Résolution (SR) pour être lus. De manière générale, lorsqu'on cherche à accroître la densité d'informations enregistrées sur un disque optique, on est limité par des performances du dispositif de lecture des informations. Le principe de base est que l'on ne peut que très difficilement lire des informations physiques inscrites dans le disque si leur dimension est inférieure à la limite de résolution du système optique qui est utilisé pour lire ces informations. Typiquement pour une lecture par un laser rouge de longueur d'onde de 650 nm et une ouverture numérique de 0,6, on ne peut lire correctement des informations de dimension inférieure à 0,4 micromètre. The field of the invention is that of the field of data storage on optical disks, and more particularly on high density optical disks requiring the use of so-called super-resolution (SR) techniques to be read. In general, when seeking to increase the density of information recorded on an optical disk, it is limited by performance of the device for reading information. The basic principle is that it is very difficult to read physical information written into the disk if their size is smaller than the resolution limit of the optical system that is used to read this information. Typically for red laser readout with a wavelength of 650 nm and a numerical aperture of 0.6, information smaller than 0.4 micrometer can not be correctly read.
C'est pourquoi des méthodes dites de super-résolution ont été développées pour lire des informations dont la dimension physique est inférieure, voire même très inférieure, à la longueur d'onde. Ces méthodes se fondent sur les propriétés optiques non-linéaires de certains matériaux utilisés pour la fabrication des disques optiques. This is why so-called super-resolution methods have been developed to read information whose physical dimension is smaller, or even much lower, at the wavelength. These methods are based on the nonlinear optical properties of some materials used for the manufacture of optical disks.
Typiquement, les propriétés optiques du matériau dans lequel sont enregistrées les informations, peuvent varier de manière non-linéaire en fonction de l'intensité d'un faisceau optique de lecture. Ainsi, un laser de lecture peut modifier localement les propriétés optiques du matériau par des effets thermiques, optiques, thermo-optiques et/ou optoélectroniques sur des dimensions plus petites que la dimension du spot de lecture ; du fait du changement de propriété, une information optique présente dans un très petit volume peut devenir détectable. En effet, le laser de lecture peut être focalisé très fortement de manière à présenter une section petite (de l'ordre de la longueur d'onde) avec une distribution de puissance gaussienne, très concentrée en son centre et très atténuée en périphérie. Ainsi en choisissant une puissance de laser de lecture telle que la densité de puissance sur une petite partie de la section modifie au centre du faisceau significativement une propriété optique de la couche de matériau, alors que la densité de puissance en dehors de cette petite portion de section ne modifie pas significativement cette propriété optique, on peut par la même rendre lisible une information qui ne le serait pas sans cette modification. Typically, the optical properties of the material in which the information is recorded can vary non-linearly depending on the intensity of a reading optical beam. Thus, a reading laser can locally modify the optical properties of the material by thermal, optical, thermo-optical and / or optoelectronic effects on dimensions smaller than the size of the reading spot; due to the change of property, optical information present in a very small volume can become detectable. Indeed, the reading laser can be focused very strongly so as to have a small section (of the order of the wavelength) with a Gaussian power distribution, very concentrated at its center and very attenuated at the periphery. Thus by choosing a reading laser power such that the power density on a small portion of the section modifies at the center of the beam significantly an optical property of the material layer, while the power density outside this small portion of section does not significantly modify this optical property, it can by the same make readable information that would not be without this modification.
La propriété optique peut typiquement être l'augmentation de la transmission optique dans le cas où la lecture d'un bit constitué par des marques physiques sur le disque optique nécessite une transmission du faisceau laser jusqu'aux marques physiques. En ayant recours à ce type de propriétés optiques non-linéaires, il devient notamment possible d'utiliser un faisceau laser de lecture apparaissant comme focalisé sur un diamètre beaucoup plus étroit que ce que permet la longueur d'onde dudit faisceau de lecture. De manière générale, les informations inscrites sur des disques sont réalisées dans des couches de matériaux déposés sur un support pressé contenant des zones convexes et d'autres concaves, dénommées respectivement "lands" pour plats ou plots et "pits" pour cuvettes ou creux. Les "pits" (cuvettes) et "lands" (plats) d'un disque ne correspondent pas directement à des 1 et 0. Le début et la fin d'une cuvette (c'est à dire ses bordures) correspondent chacun à des 1, et toutes les autres zones (à la fois dans les plats et cuvettes) correspondent à des 0. Le nombre de 0 entre les bordures des cuvettes est déterminé par un calcul de temps très précis. Si un bit unique requiert un temps T pour passer sous la tête de lecture, alors on parle de pits de 2T pour les plus petits, sachant que l'on réalise de manière standard également des pits allant au-delà et jusqu'à par exemple 8 T comme représenté à titre indicatif en figure 1. Dans le cas des disques pré-enregistrés (Read-Only Memory - ROM) classiques (DVD et Blu-ray), une simple couche réfléchissante suffit pour permettre la détection des marques contenues sous forme de plots ou de pits dans le substrat structuré comme représenté en figure 1, la dimension de ces marques étant plus grande que la limite de résolution de la tête optique, définie par le produit À/4.ON, où À la longueur d'onde du laser d'écriture et ON est l'ouverture numérique de l'objectif de focalisation. Dans ce cas, tel qu'illustré en figure 2, le dépôt d'une simple couche mince réfléchissante métallique 11 dont l'épaisseur peut varier entre 10 et 40 nm sur un substrat 10 se fait de façon conforme sur les bits d'information prémoulés dans le substrat plastique. De façon conforme signifie que la couche mince épouse parfaitement la géométrie du substrat sur lequel elle est déposée. The optical property can typically be the increase in optical transmission in the case where the reading of a bit constituted by physical marks on the optical disk requires transmission of the laser beam to the physical marks. By using this type of nonlinear optical properties, it becomes possible in particular to use a reading laser beam appearing as focused on a much narrower diameter than allows the wavelength of said read beam. In general, the information written on disks is made in layers of material deposited on a pressed support containing convex zones and other concaves, respectively called "lands" for dishes or pads and "pits" for cuvettes or hollows. The "pits" and "lands" of a disc do not correspond directly to 1 and 0. The beginning and the end of a bowl (ie its borders) each correspond to 1, and all other areas (both in the dishes and cuvettes) correspond to 0. The number of 0 between the borders of the cuvettes is determined by a very precise time calculation. If a single bit requires a time T to pass under the read head, then we speak of pits of 2T for the smaller ones, knowing that one also carries out in a standard way pits going beyond and until for example 8 T as shown for information in Figure 1. In the case of conventional discs (Read-Only Memory - ROM) (DVD and Blu-ray), a single reflective layer is sufficient to allow the detection of marks contained in form of pads or pits in the structured substrate as shown in FIG. 1, the size of these marks being greater than the limit of resolution of the optical head, defined by the product AT / 4.ON, where At the wavelength of the write laser and ON is the numerical aperture of the focusing lens. In this case, as illustrated in FIG. 2, the deposition of a single metallic thin reflective layer 11 whose thickness can vary between 10 and 40 nm on a substrate 10 is conformally done on the premolded information bits. in the plastic substrate. Correctly means that the thin film perfectly matches the geometry of the substrate on which it is deposited.
Typiquement, la longueur des plus petites marques (marques 2T) étant de 150 ou 160 nm (correspondant respectivement à une capacité de 23 ou 25Go), pour une profondeur comprise entre 40 et 60 nm, le motif structuré sur le substrat se retrouve parfaitement reproduit après dépôt, par la technique dite PVD Physical Vapour Deposition , de la couche métallique, 1 o sans distorsion ni modification des caractéristiques géométriques initiales du substrat, l'ensemble étant recouvert d'une couche de protection 12. Les marques peuvent ainsi être lues par un faisceau laser F de lecture à la longueur d'onde À = 0,85 grâce à une optique de focalisation OF, d'ouverture numérique ON = 0,85. 15 En revanche, dans le cas de disques ROM Super-Résolution, le substrat contient des marques plus courtes que la limite de résolution de la tête optique. Lorsque le substrat est recouvert d'une simple couche métallique semblable à celle utilisée dans les disques ROM classiques, les marques ne peuvent pas être détectées par le spot focalisé et aucun signal 20 n'est détecté à basse puissance de lecture. Toutefois, un signal peut-être obtenu en provenance de ces petites marques lorsqu'un masque optique est introduit dans le disque afin de perturber le processus de lecture des disques, fondé sur la diffraction du spot focalisé par le réseau formé par les marques. 25 Dans le cas de disques optiques SR (ROM, R et RW), ce masque est réalisé grâce à un empilement actif de couches minces, dont les propriétés optiques varient de manière réversible sous l'influence d'une excitation optique intense délivrée par le laser continu porté à haute puissance comme explicité en introduction de la présente demande. 30 La demanderesse a déjà décrit dans les demandes de brevet suivantes n°0700938, 0702562, 0702561, un empilement particulièrement intéressant (représenté en figure 3) constitué d'une couche de matériau semi-conducteur 112 en InSb (couche active ayant des propriétés non linéaires optiques) encapsulée entre deux couches 111 et 113 de matériau 35 diélectrique ZnS-SiO2, susceptible de délivrer un signal d'excellente qualité (on peut considérer que c'est le cas lorsque le bit Error Rate , noté bER, est inférieur ou égal à 3.10-4, valeur limite permettant une utilisation commerciale) en provenance de séquences comprenant des petites marques de 80 nm comme illustré en figure 3, ce qui permet de doubler la capacité des disques (correspondant à une capacité de l'ordre de 50Go) par rapport au format Blu-Ray standard (capacité 23Go) dont les plus petites marques mesurent 160 nm. Il est à noter que dans le cas de ces structures à super-résolution, d'une part l'empilement de couches minces déposées sur le substrat est de 1 o plusieurs dizaines de nanomètres, correspondant à une épaisseur totale bien supérieure à la fine couche métallique du disque Blu-ray ROM standard, et d'autre part la longueur des marques est inférieure à la limite de résolution du système optique (inférieure à 120nm). Le cumul de ces deux conditions pose le problème de la réalisation 15 et de la reproduction sans distorsion du motif géométrique de base prémoulé sur le substrat après le dépôt de l'ensemble des couches de l'empilement à super-résolution. En effet, quel que soit l'empilement de couches nécessaire dans le cadre de technique à super-résolution, il demeure nécessaire d'arriver à 20 obtenir la capacité attendue d'informations, grâce à des dimensions de marques satisfaisantes. Typiquement on cherchera à réaliser une marque 2T de 80 nm, avec une profondeur d'environ 40nm (pour une capacité d'environ 50 Go) après déposition des différentes couches minces quels que soient les effets de 25 distorsion induits par la technique de dépôt. Par exemple, la couche active de matériau actif (pouvant typiquement être de l'ordre de 20 nm de matériau InSb), déposée sur une couche de matériau diélectrique, typiquement d'épaisseur 50 nm, doit porter l'information et avoir la capacité attendue. 30 C'est pourquoi et dans ce contexte, la présente invention a pour objet un nouveau type de structure de stockage optique apportant une solution au problème technique posé pour les disques optiques haute densité qui nécessite l'emploi de techniques de Super-Résolution pour être lus, et 35 donc l'emploi d'un empilement actif de couches minces. Typically, the length of the smallest marks (marks 2T) being 150 or 160 nm (respectively corresponding to a capacity of 23 or 25 GB), for a depth of between 40 and 60 nm, the pattern structured on the substrate is found perfectly reproduced after deposition, by the so-called PVD Physical Vapor Deposition technique, of the metal layer, 1 o without distortion or modification of the initial geometrical characteristics of the substrate, the assembly being covered with a protective layer 12. The marks can thus be read by a laser beam F for reading at the wavelength λ = 0.85 thanks to a focusing optic OF, with numerical aperture ON = 0.85. On the other hand, in the case of Super-Resolution ROM discs, the substrate contains marks shorter than the resolution limit of the optical head. When the substrate is coated with a single metal layer similar to that used in conventional ROM discs, the marks can not be detected by the focused spot and no signal is detected at low read power. However, a signal can be obtained from these small marks when an optical mask is introduced into the disk to disrupt the disc reading process, based on the diffraction of the spot focused by the network formed by the marks. In the case of optical disks SR (ROM, R and RW), this mask is produced by an active stack of thin layers whose optical properties vary reversibly under the influence of intense optical excitation delivered by the continuous laser carried at high power as explained in the introduction of the present application. The Applicant has already described in the following patent applications No. 0700938, 0702562, 0702561, a particularly advantageous stack (shown in FIG. 3) consisting of a layer of semiconductor material 112 in InSb (active layer having non-active properties). optical linear) encapsulated between two layers 111 and 113 of ZnS-SiO2 dielectric material, capable of delivering a signal of excellent quality (it can be considered that this is the case when the bit Error Rate, denoted bER, is less than or equal to to 3.10-4, limit value allowing commercial use) from sequences comprising small marks of 80 nm as illustrated in FIG. 3, which makes it possible to double the capacity of the disks (corresponding to a capacity of the order of 50 GB) compared to the standard Blu-Ray format (23GB capacity) whose smaller brands measure 160 nm. It should be noted that in the case of these super-resolution structures, on the one hand the stack of thin layers deposited on the substrate is 1 or several tens of nanometers, corresponding to a total thickness much greater than the thin layer. standard Blu-ray ROM disc, and on the other hand the length of the marks is less than the resolution limit of the optical system (less than 120nm). The combination of these two conditions poses the problem of producing and reproducing without distortion of the geometric base pattern premolded on the substrate after the deposition of all the layers of the super-resolution stack. Indeed, whatever the stack of layers necessary in the context of super-resolution technique, it remains necessary to obtain the expected capacity of information, thanks to the dimensions of satisfactory marks. Typically, it will be sought to produce a 2T mark of 80 nm, with a depth of approximately 40 nm (for a capacity of approximately 50 GB) after deposition of the various thin layers, whatever the distortion effects induced by the deposition technique. For example, the active active material layer (typically capable of being of the order of 20 nm of InSb material), deposited on a layer of dielectric material, typically of thickness 50 nm, must carry the information and have the expected capacity. . Therefore, and in this context, the present invention is directed to a novel type of optical storage structure providing a solution to the technical problem posed for high density optical disks which requires the use of Super-Resolution techniques to be read, and thus the use of an active stack of thin layers.
Plus précisément, l'invention concerne une structure de stockage optique à haute résolution possédant une capacité de stockage d'informations et comprenant : - un substrat comportant des marques physiques dont la configuration géométrique définit l'information enregistrée, les plus petites marques physiques présentant une longueur sur substrat LS et une largeur sur substrat lS ; - une superposition d'au moins une première couche et d'une 1 o seconde couche dite active à la surface dudit substrat comportant les marques physiques, de manière à créer des marques d'informations assurant la capacité de stockage d'informations au niveau de la seconde couche active, de longueur optimale Lopt et de largeur dite optimale lopt caractérisé en ce que : 15 - la longueur sur substrat des marques répond à la condition suivante : LS = a Lopt + b - la largeur sur substrat des marques répond à la condition suivante : 15=clopt+d avec a et c étant compris entre environ 0,5 et 1 20 b et d étant compris entre environ 30 et 80 nanomètres et Lopt et lopt compris entre 0 et environ 160 nanomètres. Selon une variante de l'invention, le coefficient a est de l'ordre de 0,8, le paramètre b est de l'ordre de 40, la longueur optimale Lopt étant de l'ordre de 80 nanomètres. 25 Selon une variante de l'invention, le coefficient c est de l'ordre de 0,6, le paramètre d est de l'ordre de 60, la largeur optimale étant de l'ordre de 80 nanomètres. Selon une variante de l'invention, la profondeur des marques sur substrat est de l'ordre 50 nm. 30 Selon une variante de l'invention, la superposition de couches comporte une couche active à base de matériau à changement de phase pouvant être de type composé AgInSbTe ou GeSbTe. Selon une variante de l'invention, la superposition de couches comporte une couche active à base de matériau semiconducteur dopé ou 35 non de type InSb, GaSb, ZnO. More specifically, the invention relates to a high resolution optical storage structure having an information storage capacity and comprising: - a substrate comprising physical marks whose geometric configuration defines the recorded information, the smallest physical marks having a length on LS substrate and width on IS substrate; a superposition of at least a first layer and a so-called active second layer on the surface of said substrate comprising the physical marks, so as to create information marks ensuring the information storage capacity at the level of the second active layer, of optimal length Lopt and of so-called optimum width lopt characterized in that: - the length on the substrate of the marks satisfies the following condition: LS = a Lopt + b - the width on the substrate of the marks corresponds to the following condition: 15 = clopt + d with a and c being between about 0.5 and 1 20 b and d being between about 30 and 80 nanometers and Lopt and lopt between 0 and about 160 nanometers. According to a variant of the invention, the coefficient a is of the order of 0.8, the parameter b is of the order of 40, the optimum length Lopt being of the order of 80 nanometers. According to a variant of the invention, the coefficient c is of the order of 0.6, the parameter d is of the order of 60, the optimum width being of the order of 80 nanometers. According to a variant of the invention, the depth of the marks on the substrate is of the order of 50 nm. According to a variant of the invention, the superposition of layers comprises an active layer based on phase-change material which may be of the AgInSbTe or GeSbTe compound type. According to a variant of the invention, the superposition of layers comprises an active layer based on doped or non-semiconducting material of the InSb, GaSb, ZnO type.
Selon une variante de l'invention, la structure de stockage optique comporte en outre une troisième couche en matériau diélectrique. Selon une variante de l'invention, les première et troisième couches en matériau diélectrique sont en en ZnS-SiO2. According to a variant of the invention, the optical storage structure further comprises a third layer of dielectric material. According to a variant of the invention, the first and third layers of dielectric material are made of ZnS-SiO2.
Selon une variante de l'invention, les première et troisième couches en matériau diélectrique sont en oxyde, nitrure ou carbure d'un des éléments suivants : Zr, Si, Al, Hf, Ti, Ta.. Selon une variante de l'invention, les épaisseurs des première et troisième couches sont de l'ordre d'une cinquantaine de nanomètres, 10 l'épaisseur de la seconde couche étant de l'ordre de 20 nm. Selon une variante de l'invention, la structure de stockage optique est destinée à être lue avec une tête par un faisceau de lecture à une longueur d'onde À = 405 nm et présentant une limite de résolution de 120 nm, avec une ouverture numérique ON de 0.85, la capacité de stockage 15 optique de la structure étant d'environ 50 Go. According to a variant of the invention, the first and third layers of dielectric material are of oxide, nitride or carbide of one of the following elements: Zr, Si, Al, Hf, Ti, Ta. According to a variant of the invention the thicknesses of the first and third layers are of the order of about fifty nanometers, the thickness of the second layer being of the order of 20 nm. According to a variant of the invention, the optical storage structure is intended to be read with a head by a reading beam at a wavelength λ = 405 nm and having a resolution limit of 120 nm, with a numerical aperture ON of 0.85, the optical storage capacity of the structure being about 50 GB.
L'invention a aussi pour objet un procédé d'optimisation de réalisation d'une structure de stockage optique permettant d'en améliorer les performances, et plus particulièrement d'améliorer la qualité du signal délivré 20 lors de la lecture. Plus précisément, l'invention a encore pour objet un procédé d'optimisation de réalisation d'une structure de stockage optique selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - la réalisation de marques physiques dans le substrat présentant des 25 longueurs et des largeurs dites de substrat ; - la réalisation d'un empilement de couches comportant une couche active ; - la réalisation de mesures test permettant de déterminer les longueurs, largeurs des marques d'informations assurant la capacité de stockage 30 d'informations au niveau de la seconde couche active ; - la détermination de lois de correspondances entre les longueurs, largeurs de substrat et les longueurs, largeurs des marques dans la couche active. Selon une variante de l'invention, les mesures test sont effectuées 35 par un microscope à force atomique. The invention also relates to a method of optimizing the production of an optical storage structure for improving its performance, and more particularly to improving the quality of the signal delivered during reading. More precisely, the subject of the invention is also a method of optimizing the production of an optical storage structure according to the invention, characterized in that it comprises the following steps: the production of physical marks in the substrate exhibiting so-called substrate lengths and widths; the production of a stack of layers comprising an active layer; - performing test measurements to determine the lengths, widths of the information marks ensuring the information storage capacity at the level of the second active layer; the determination of laws of correspondence between the lengths, widths of the substrate and the lengths, widths of the marks in the active layer. According to a variant of the invention, the test measurements are carried out by an atomic force microscope.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 illustre la correspondance entre des marques de gravure et des informations de 0 et de 1 ; - la figure 2 illustre une représentation schématique d'un disque optique Blu-Ray ROM classique, comprenant une simple couche réfléchissante suffisante pour permettre la détection des marques qui sont plus longues (160 nm pour les plus petites) que la limite de résolution de la tête optique (120 nm) ; - la figure 3 illustre une représentation schématique d'un disque optique Blu-Ray ROM SR, comprenant un empilement actif standard ZnS-SiO2/InSb/ZnS-SiO2 permettant la détection de marques plus courtes (80 nm pour les plus petites) que la limite de résolution de la tête optique ; - les figures 4a et 4b illustrent la structure de stockage optique de l'invention avec les dimensions des marques gravées dans le substrat et celles au niveau de la couche sensible ; - les figures 5a, 5b et 5c illustrent un exemple de structure de stockage optique vue de dessus et comportant des marques 2T de 100 nm. Sont représentées les marques respectivement au niveau du substrat, de la première couche diélectrique et de la couche active, ainsi que les observations associées réalisées par microscopie à force atomique ; - la figure 6 illustre l'évolution de la longueur de marques au niveau du substrat en fonction de la longueur des marques inscrites dans la couche active ; - la figure 7 illustre l'évolution de la largeur de marques au niveau du substrat en fonction de la largeur des marques inscrites dans la couche active et en correspondance avec des longueurs de marques données. The invention will be better understood and other advantages will become apparent on reading the description which follows, given by way of non-limiting example and with reference to the appended figures in which: FIG. 1 illustrates the correspondence between etching marks and information of 0 and 1; FIG. 2 illustrates a schematic representation of a conventional Blu-Ray ROM optical disk, comprising a single reflective layer sufficient to allow the detection of marks which are longer (160 nm for the smaller ones) than the resolution limit of FIG. optical head (120 nm); FIG. 3 illustrates a schematic representation of a Blu-Ray ROM SR optical disk, comprising a standard active ZnS-SiO2 / InSb / ZnS-SiO2 stack allowing the detection of shorter marks (80 nm for the smaller ones) than the limit of resolution of the optical head; FIGS. 4a and 4b illustrate the optical storage structure of the invention with the dimensions of the marks etched in the substrate and those at the level of the sensitive layer; FIGS. 5a, 5b and 5c illustrate an example of an optical storage structure viewed from above and comprising 2T marks of 100 nm. The marks are respectively represented at the level of the substrate, of the first dielectric layer and of the active layer, as well as the associated observations made by atomic force microscopy; FIG. 6 illustrates the evolution of the length of marks at the level of the substrate as a function of the length of the marks inscribed in the active layer; FIG. 7 illustrates the evolution of the mark width at the level of the substrate as a function of the width of the markings inscribed in the active layer and in correspondence with given mark lengths.
D'une manière générale, les couches minces de matériaux 35 constituant les disques optiques sont constituées par des procédés dits de PVD (Physical Vapor Deposition), et ce quelle que soit la nature des matériaux (diélectriques, semi-conducteurs, matériaux à changement de phase, ...) constituant ces couches. Cette technique de dépôt est particulièrement intéressante puisqu'elle permet de réaliser des dépôts de couches minces à basse température, compatible avec l'utilisation de substrat en polymère. Selon l'invention et comme illustré en figure 4a, la structure de stockage optique est destinée à pouvoir être lue avec une technique de super-résolution, c'est pourquoi ladite structure comprend un empilement 1 o actif à la surface d'un support 10 comprenant les marques Ms de dimensions définies dans le plan par une longueur Ls et une largeur IS comme représentées en figure 4b, ledit empilement étant constitué : - d'une couche active 112, c'est-à-dire présentant des propriétés non linéaires optiques, 15 - de deux couches diélectriques 111 et 113 situées de part et d'autres de la couche active, qui jouent à la fois un rôle optique (ajustement des propriétés optiques du disque) et thermique (isolation thermique de la couche active). La couche active des disques permettant de répondre à la 20 problématique posée, doit présenter des propriétés non linéaires optiques à la longueur d'onde de travail. Elle peut en particulier être constituée de matériaux à changement de phase pouvant être de type composés AgInSbTe, GeSbTe, entre autres), de matériaux semi-conducteurs, dopés ou non (comme InSb, GaSb, ZnO) et dans lequel on peut ainsi définir des 25 marques optimisées Mopt de dimensions définies dans le plan par une longueur optimale Lopt et une largeur optimale Iopt. Les couches transparentes de matériaux diélectriques de l'empilement actif, qui jouent à la fois un rôle optique pour assurer un ajustement des propriétés optiques du disque et thermique permettant une 30 isolation thermique de la couche active, peuvent préférentiellement être de type : ZrO2, Si3N4, AIN, HfO2, TiO2, SiO2, ... Les substrats utilisés dans les disques permettant de répondre à la problématique posée sont constitués de matériaux polymères et structurés par pressage. In general, the thin layers of materials constituting the optical disks consist of so-called PVD (Physical Vapor Deposition) processes, whatever the nature of the materials (dielectrics, semiconductors, phase, ...) constituting these layers. This deposition technique is particularly advantageous since it makes it possible to produce deposits of thin layers at low temperature, compatible with the use of a polymer substrate. According to the invention and as illustrated in FIG. 4a, the optical storage structure is intended to be read with a super-resolution technique, that is why said structure comprises an active stack on the surface of a support 10 comprising the marks Ms of dimensions defined in the plane by a length Ls and a width IS as represented in FIG. 4b, said stack consisting of: an active layer 112, that is to say having optical nonlinear properties 15 - two dielectric layers 111 and 113 located on either side of the active layer, which play both an optical role (adjustment of the optical properties of the disc) and thermal (thermal insulation of the active layer). The active layer of the disks making it possible to respond to the problem raised must have optical non-linear properties at the working wavelength. It may in particular consist of phase-change materials that may be of the AgInSbTe compound, GeSbTe, among others), doped or non-doped semiconductor materials (such as InSb, GaSb, ZnO) and in which it is thus possible to define 25 optimized Mopt marks of defined dimensions in the plane by an optimal length Lopt and an optimal width Iopt. The transparent layers of dielectric materials of the active stack, which play both an optical role to ensure an adjustment of the optical properties of the disk and thermal enabling a thermal insulation of the active layer, may preferentially be of the type: ZrO 2, Si 3 N 4 , AIN, HfO2, TiO2, SiO2, ... The substrates used in the discs to respond to the problem set are composed of polymeric materials and structured by pressing.
Selon l'invention, il est proposé d'optimiser le substrat en modifiant de façon pertinente les géométries des motifs prémoulés de façon à ce que les effets des dépôts successifs des couches minces conduisent à l'obtention de la géométrie adaptée, soit la dimension attendue des marques et donc la capacité voulue au niveau de la couche dite active et porteuse de l'information. According to the invention, it is proposed to optimize the substrate by modifying the geometries of the premolded patterns in such a way that the effects of the successive deposition of the thin layers lead to obtaining the appropriate geometry, ie the expected size. marks and therefore the desired capacity at the so-called active layer carrying information.
Exemple de réalisation : Example of realization:
1 o Selon cet exemple, la structure de stockage optique correspond à un disque SR pré-enregistré destiné à être lu avec une tête optique Blu-Ray par un faisceau de lecture à une longueur d'onde À = 405 nm, avec une ouverture numérique ON de 0.85 et présentant une limite de résolution de 120 nm. 15 La structure de stockage optique comporte un substrat structuré contenant des séquences codées selon un algorithme standard (1,7) RLL du format Blu-Ray, si bien que le contenu informatif est matérialisé par la succession de marques et espaces de longueur variable entre 2T et 9T. Dans le cas du format Blu-Ray classique (version 23 Go), les 20 marques 2T mesurent 160 nm. Les disques SR présentés dans cet exemple contiennent des séquences de marques et espaces plus courts que ceux de la norme Blu-Ray. Les petites marques 2T, ont une longueur de 100 nm ou de 80 nm suivant la capacité visée, inférieure à la limite de résolution de la tête optique 25 égale à 120 nm, et nécessitent donc un effet de Super-Résolution pour être détectées. Sur le substrat dans lequel ont été réalisées les marques physiques, on réalise un empilement d'une première couche, d'une seconde couche active et d'une troisième couche. 30 La couche active est une couche de matériau semiconducteur en InSb encapsulée entre les première et troisième couches en matériau diélectrique en ZnS-SiO2. Une configuration offrant de très bonnes performances en termes de qualité de signal est obtenue lorsque la couche active InSb a une épaisseur de 20 nm, et les couches diélectriques ZnS-SiO2 une épaisseur de 50 nm chacune. Les figures 5a, 5b et 5c montrent des observations réalisées par microscopie à force atomique dénommée AFM qui permettent de visualiser des dimensions très faibles, typiquement de l'ordre du nanomètre. Ces figures sont respectivement relatives aux marques initiales réalisées au niveau du substrat, de celles apparentes au niveau de la première couche de matériau diélectrique en ZnS-SiO2 d'épaisseur de 50 nm et de celles apparentes au niveau de la couche sensible en InSb d'épaisseur de 20 nm. According to this example, the optical storage structure corresponds to a pre-recorded SR disk intended to be read with a Blu-Ray optical head by a reading beam at a wavelength λ = 405 nm, with a numerical aperture ON of 0.85 and having a resolution limit of 120 nm. The optical storage structure comprises a structured substrate containing sequences coded according to a standard (1,7) RLL algorithm of the Blu-Ray format, so that the information content is materialized by the succession of marks and spaces of variable length between 2T and 9T. In the case of the classic Blu-Ray format (23GB version), the 20 brands 2T measure 160 nm. The SR discs shown in this example contain shorter mark and gap sequences than the Blu-Ray standard. The small 2T marks, have a length of 100 nm or 80 nm depending on the desired capacity, less than the resolution limit of the optical head 25 equal to 120 nm, and therefore require a Super-Resolution effect to be detected. On the substrate in which the physical marks have been made, a stack of a first layer, a second active layer and a third layer is made. The active layer is a layer of InSb semiconductor material encapsulated between the first and third layers of ZnS-SiO2 dielectric material. A configuration offering very good performance in terms of signal quality is obtained when the active layer InSb has a thickness of 20 nm, and the dielectric layers ZnS-SiO2 a thickness of 50 nm each. FIGS. 5a, 5b and 5c show observations made by atomic force microscopy called AFM which make it possible to visualize very small dimensions, typically of the order of one nanometer. These figures are respectively relative to the initial marks made at the level of the substrate, to those apparent at the level of the first layer of dielectric material in ZnS-SiO 2 with a thickness of 50 nm and those apparent at the level of the sensitive InSb layer of thickness of 20 nm.
La demanderesse a constaté que pour des dimensions de marques de l'ordre de 150 nm, aucune précaution particulière n'est à prévoir pour la géométrie initiale du substrat puisque la géométrie des marques en longueur et profondeur n'est quasiment pas modifiée après dépôt de la couche d'InSb porteuse de l'information. The Applicant has found that for mark sizes of the order of 150 nm, no particular precaution is to be expected for the initial geometry of the substrate since the geometry of the marks in length and depth is virtually unchanged after filing. the InSb layer carrying information.
Par contre, lorsque la dimension des marques diminue et devient inférieure à 120 nm, la demanderesse a constaté un effet de remplissage des plus petites marques, avec notamment une diminution de la longueur après les dépôts successifs de diélectrique ZnS-SiO2 (50 nm) et de couche sensible en matériau non-linéaire en InSb (20 nm). Il apparaît une diminution de la longueur des marques de 15% après dépôts par rapport au substrat nu dans le cas de marques de 100 nm de diamètre sur le substrat. Cet effet de remplissage est encore plus marqué pour les pits de 80 nm. On constate une diminution de la longueur des marques de 20 à 30% après dépôts par rapport au substrat nu. On the other hand, when the dimension of the marks decreases and becomes less than 120 nm, the Applicant has observed a filling effect of the smallest marks, in particular with a decrease in the length after the successive deposits of ZnS-SiO 2 dielectric (50 nm) and sensitive layer of non-linear material in InSb (20 nm). There is a 15% decrease in mark length after deposition compared to the bare substrate in the case of 100 nm diameter marks on the substrate. This filling effect is even more marked for pits of 80 nm. There is a decrease in the length of the marks of 20 to 30% after deposits relative to the bare substrate.
Ces effets des conditions de dépôts sur la géométrie des marques doivent donc être pris en compte pour définir le substrat optimisé. Afin d'obtenir une géométrie après dépôts compatible avec les densités visées, il est nécessaire de mouler par exemple, des pits 2T ayant une longueur de 95-105 nm (80nm+20-30%) pour obtenir après dépôt de la couche porteuse d'information (InSb), la bonne longueur de marques 2T de 80nm. Un procédé d'optimisation a ainsi été élaboré par la demanderesse qui a établi des lois de correspondances entre les longueurs, largeurs des marques dans le substrat et les longueurs, largeurs des marques dans la couche sensible.35 La figure 6 illustre à ce titre l'évolution de la longueur de marques au niveau du substrat en fonction de la longueur des marques inscrites dans la couche active, exprimée en nanomètres. La droite f6 est relative au cas idéal de dépôt d'empilement de couches sans distorsion apportée par les opérations successives de dépôt. La fonction LS = a Lopt + b est celle obtenue à partir de mesures expérimentales effectuées par mesure AFM et représentées par la courbe C6. La figure 7 illustre l'évolution de la largeur de marques au niveau du substrat en fonction de la largeur de marques inscrites dans la couche active, exprimée en nanomètres. La droite f, est relative au cas idéal de dépôt d'empilement de couches sans distorsion apportée par les opérations successives de dépôt. La fonction IS = c lopt + d est celle obtenue à partir de mesures expérimentales effectuées par mesure AFM et représentées par la courbe C7 et ce pour des longueurs de marque données. These effects of the deposition conditions on the geometry of the marks must therefore be taken into account to define the optimized substrate. In order to obtain a geometry after deposits compatible with the target densities, it is necessary to mold, for example, 2T pits having a length of 95-105 nm (80 nm + 20-30%) to obtain after deposition of the carrier layer of information (InSb), the good length marks 2T of 80nm. An optimization method was thus developed by the Applicant who established laws of correspondence between the lengths, widths of the marks in the substrate and the lengths, widths of the marks in the sensitive layer. FIG. evolution of the length of marks at the level of the substrate as a function of the length of the marks inscribed in the active layer, expressed in nanometers. The line f6 is relative to the ideal case of stack deposit of layers without distortion provided by the successive deposition operations. The function LS = a Lopt + b is that obtained from experimental measurements made by AFM measurement and represented by the curve C6. FIG. 7 illustrates the evolution of the width of marks at the level of the substrate as a function of the width of marks inscribed in the active layer, expressed in nanometers. The line f, is relative to the ideal case of deposit of stack of layers without distortion brought by the successive deposition operations. The function IS = c lopt + d is that obtained from experimental measurements made by AFM measurement and represented by the curve C7 and for given mark lengths.
Typiquement on a de manière connue des marques d'informations pouvant présenter les couples de valeur suivants : Lopt = 80 nm , lopt = 80 nm Lopt = 100 nm , l opt = 90 nm Lopt = 160 nm , lopt = 115 nm A partir de l'établissement de ces lois, on obtient ainsi une structuration optimisée de la géométrie des marques ajoutée à l'empilement adapté de couche minces qui permet d'obtenir un signal de très bonne qualité lorsque le disque est lu à 2.65m/s (capacité du disque 46GB) puisqu'après traitement par un algorithme de traitement de signal avancé de type PRML, un taux d'erreur (bit Error Rate-bER) de 10-5 est obtenu. Typically, information marks having the following value pairs are known: Lopt = 80 nm, lopt = 80 nm Lopt = 100 nm, l opt = 90 nm Lopt = 160 nm, lopt = 115 nm from the establishment of these laws, one thus obtains an optimized structuring of the geometry of the marks added to the adapted stack of thin layers which makes it possible to obtain a signal of very good quality when the disc is read at 2.65m / s (capacity of the 46GB disk) since after processing with an advanced signal processing algorithm of the PRML type, an error rate (Error Rate-bER bit) of 10-5 is obtained.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20121228 |