CN1856827A - 高密度只读光盘及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

关于最近开发的许多介质，最大的看点就是容量。本发明提供了一种高密度只读光盘，该高密度只读光盘包括：基底，该基底具有根据单位信息而长度不同的坑，其中，坑的深度随着坑长度增加而增加；掩模层，包含金属氧化物或者精细金属颗粒和介电材料的混合物。由于坑深度根据坑长度而改变，所以高密度只读光盘可用于读取不大于读取分辨率极限的坑，并且得到了最佳的CNR。同样，本发明提供了一种高密度只读光盘的制备方法，该方法可用来制备具有基于坑长度的最佳坑深度的高密度只读光盘。

Description

高密度只读光盘及其制备方法
本申请要求2003年9月22日在韩国知识产权局提交的第2003-65534号韩国专利申请的权益，其公开通过引用被完全包含于此。
                         技术领域
本发明涉及一种高密度只读光盘及其制备方法，其中，该高密度只读光盘通过使用位于盘内的超分辨率近场结构允许读取其尺寸不大于激光束的读取分辨率极限的标记。
                         背景技术
由于光盘的每记录单位所需的记录面积比传统磁记录介质的每记录单位所需的记录面积小，所以光盘被广泛用作高密度记录介质。根据光盘的性能，光盘分为只读存储器(ROM)光盘、一次写入多次读取(WORM)光盘和可擦写光盘，其中，只读存储器(ROM)光盘只允许读取记录在其上的信息，一次写入多次读取(WORM)光盘仅允许在其上记录一次信息，可擦写光盘允许擦除其上的信息并在其上重新记录信息。
可记录压缩盘(CD-R)是WORM光盘的例子。CD-R包括含有例如花青、酞青等有机染料的记录层。波长为780nm的记录激光辐射到记录层上，分解染料层，记录的信号可用1mW或更低的电源来读取。CD-R具有大约为650MB的记录容量，并被广泛用于记录和读取各种类型的数据例如文本数据、音乐、图像等。
然而，利用波长为780nm的记录激光束的光学记录介质例如CD-R或可重写压缩盘(CD-RW)的容量不足以用来存储动态图像，因此，它们不能用在复杂的多媒体环境中。
为了解决上述问题，已经开发了使用630-680nm的短波激光束的容量为2.7-4.7GB的数字多功能盘(DVD)。DVD也分为只读DVD(DVD)、一次写入多次读取DVD(DVD-R)和可擦写DVD(DVD-RAM、DVD+RW、DVD-RW)。
关于DVD-R，激光束辐射到记录层上，使记录层变化(transform)并分解记录层，从而记录数据。关于DVD-RAM和DVD-RW，通过相位的改变引起光学性质的改变，从而记录数据。由于采用有机染料的DVD-R在与DVD-ROM的兼容性、价格和容量等方面比其它介质更有优势，所以研究集中在开发DVD-R上。
关于最近开发的许多介质，最大的看点就是容量，各种增大容量的方法也在研发中。光盘的容量主要取决于在固定的面积内可形成多少准确地可再现的小坑以及能够准确读取这些坑的激光束的性能。尽管从激光二极管发出的光通过物镜聚集，但是光并没有聚集成一个无限小的点，而是形成一个具有有限宽度的光束，这个宽度称作衍射极限。在普通的光盘中，当光源的波长为λ，物镜的数值孔径为NA时，λ/4NA表示读取分辨率极限。因此，当光源的波长变短，或者物镜的数值孔径增大时，记录容量增大。然而，现在的激光技术不能提供短波长的激光，而且制造具有增大的数值孔径的物镜的成本相对较高。另外，由于物镜的数值孔径增大，拾取器和盘之间的工作距离在一定程度上减小，由于拾取器与盘的碰撞可损坏盘的表面。结果，会损失数据。
图1是示出在具有形成在基底上的反射银层的传统只读光盘中，在坑的长度和载波噪声比(CNR)之间的关系的曲线图。从图1中可以清楚地看出，当坑长度不小于290nm时，CNR是40dB或更大，能顺利地读取记录为坑的信息。然而，当坑长度小于290nm时，CNR急剧下降。换而言之，当坑长度是265nm时，CNR是16dB，当坑长是250nm或更小时，CNR接近于0。
为了克服读取分辨率极限，现在正通过研究寻找具有超分辨率近场结构(以下称作“超分辨率结构”)的光盘。这种光盘主要用于利用相位改变记录方式的光盘，但也可用于只读盘。关于超分辨率结构，特殊的掩模层形成在光盘中，当读取信息时，通过在掩模层中产生的表面等离子体(plasmon)能够进行近场读取(NFR)。因此，克服了读取分辨率极限的问题，从而可读取非常小的记录标记。
金属氧化物例如银氧化物用于可记录光盘中的掩模层，金属氧化物或精细的金属颗粒用于只读光盘中的掩模层。
图2是示出使用超分辨率结构的只读光盘的相对于坑(标记)深度的CNR性质的曲线图。参照图2，在坑长度不大于读取分辨率极限的情况下，坑深度为50nm的盘比坑深度为100nm的盘的CNR性质更好。然而，在坑长度不小于读取分辨率极限的情况下，坑深度为100nm的盘比坑深度为50nm的盘的CNR性质更好。这说明仅当坑深度关于坑长度而不同时可获得有效的CNR性质。然而，在传统只读光盘中，因为当通过传统的光学蚀刻或电子束蚀刻来制造盘的原板(original plate)时，坑深度不能根据坑长度来调节，所以不管坑长度如何，坑深度都是均匀的。
                         附图说明
从结合附图对实施例进行的下面的描述中，本发明的这些和/或其它方面及优点将变得清楚和更容易理解，附图中：
图1是示出在传统只读光盘中坑长度与载波噪声比(CNR)的关系的曲线图；
图2是示出利用本发明实施例的超分辨率结构的只读盘的基于坑深度的CNR性质的曲线图；
图3是根据本发明实施例的光盘的示意图，其中，掩模层形成在透明基底上，该透明基底具有根据坑长度而深度不同的坑；
图4是示出当体积扩展层由TbFeCo构成时通过将激光束辐射到基底上来形成坑的机理的示意图；
图5至图7示出了根据本发明另一实施例制备的光盘的原板的原子力显微镜(AFM)照片。
                         技术问题
本发明提供了一种高密度只读光盘，该高密度只读光盘允许读取尺寸不大于读取分辨率极限的坑，并根据坑长度而具有不同坑深度。
本发明也提供了一种制备高密度只读光盘的方法。
                         技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种高密度只读光盘，该高密度只读光盘包括：基底，具有根据单位信息而长度不同的坑，其中，坑的深度随着坑长度增加而增加；掩模层，包含金属氧化物或精细金属颗粒和介电材料的混合物。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备高密度只读光盘的方法，该方法包括：将激光束辐射到光盘的原板上，其中，随着辐射时间的变化顺序形成基底、第一介电层、体积扩展层以及第二介电层，体积扩展层包含稀土金属和过渡金属的合金或者金属氧化物；通过激光束的辐射使体积扩展层膨胀在第二介电层上形成具有不同长度和深度的坑；用金属镀原板，形成模子；分离模子；利用模子使基底注模成型；在基底上形成掩模层，所述掩模层包含金属氧化物或者精细金属颗粒和介电材料的混合物。
本发明的附加方面和/或优点将在随后的描述中部分地提及，一部分将通过描述而明显，或者可从本发明的实践中得知。
                         有益效果
如上所述，根据本发明实施例的高密度只读光盘由于坑深度根据坑长度而改变，所以可用来读取不大于读取分辨率极限的坑，并且可得到最佳的CNR。同样，根据本发明另一实施例的制备高密度只读光盘的方法可用来制备具有基于坑长度的最佳坑深度的高密度只读光盘。
                       具体实施方式
现在，将更详细地描述本发明。
根据本发明实施例的高密度只读光盘的特点在于形成在基底上的坑具有不同的长度，并且坑深度根据坑长度而不同。换而言之，当坑长度越大时，坑深度也越大，当坑长度越小时，坑深度也越小，因此根据各个坑长度得到了最佳的CNR性质。
图3示出了根据本发明实施例的光盘，其中，掩模层11形成在具有根据坑长度而深度不同的坑17的透明基底10上。
基底10包含在记录激光束的波长范围内具有高透明度、有效的耐压性、耐热性、耐环境性能等的材料中选择的材料，并且这种材料能通过制备基底的传统方法例如注模成型法来成型。这种材料的例子包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚酯、非晶聚烯烃等。
掩模层11可由金属氧化物或者精细金属颗粒和介电材料的混合物组成。金属氧化物可为PtOX、PdOX、AuOX、AgOX、WOX或者它们的混合物。当采用金属氧化物作为掩模层时，金属氧化物被分解为精细的金属颗粒和氧，形成表面等离子体，从而得到超分辨率结构的效果。因为在读取过程中使用的激光束的功率不足以分解金属氧化物，所以不会形成表面等离子体。然而，处于还原态的少量的金属颗粒16可存在于掩模层11中，从而还原的金属颗粒16作为表面等离子体的源。
同时，当采用精细金属颗粒和介电材料的混合物作为掩模层时，精细金属颗粒分散在介电材料中，并可直接作为表面等离子体的源。
用在掩模层中的介电材料为金属的氧化物、氮化物、硫化物或氟化物或者它们的混合物，这些材料的例子包括SiO、Al2O3、Si3N4、SiN、ZnS、MgF2等。稀有金属例如金、铂、铑、钯等可用作分散在掩模层中的金属材料。介电材料和金属材料之间不发生化学反应，所以精细金属颗粒可保持它们的形状。
尽管未在图3中示出，但是根据本发明实施例的光盘还可包括基底10和掩模层11之间的含有Sb或Sb2Te3的结晶读取辅助层。形成该结晶读取辅助层用来在读取过程中提供高反射率的同时提高超分辨率结构的效果，并且该结晶读取辅助层在形成为薄膜后直接结晶。
同样，根据本发明实施例的光盘还可包括用来在记录或读取过程中提供高反射率的反射层。反射层可由具有高导热率和高反射率的金属组成，以防止该层迅速地变化。因此，反射层包含从由Au、Al、Cu、Cr、Ag、Ti、Pd、Ni、Zn、Mg及其合金组成的组中选择的金属，通过通常的方法例如真空沉积、电子束或溅射法使反射层的形成厚度为50-150nm。为了确保足够的反射率和可靠性，反射层的厚度可为60-120nm。
根据本发明实施例的光盘还可包括掩模层和基底之间、掩模层和反射层之间或者这些层的两侧上的介电层。掩模层和基底之间的介电层防止基底由于热而损坏，掩模层和反射层之间的介电层作为防扩散层(diffusion preventinglayer)。
用在介电层中的介电物质是金属的氧化物、氮化物、硫化物或氟化物或者它们的混合物，这些物质的例子包括SiO2、Al2O3、Si3N4、SiN、ZnS、MgF2等。
根据本发明实施例的光盘还可包括保护层，以保护光盘的其它层。保护层可通过传统方法，例如通过在反射层上旋涂具有高冲击强度并透明的环氧树脂或者丙烯酸酯UV-可愈树脂然后用UV射线使涂层愈合来形成。
根据本发明另一实施例的制备高密度只读光盘的方法包括：将激光束辐射到光盘的原板上，其中，随着辐射时间的变化顺序形成基底、第一介电层、体积扩展层以及第二介电层，该体积扩展层由稀土金属和过渡金属的合金或金属氧化物组成；通过激光束的辐射使体积扩展层膨胀，在第二介电层上形成具有不同长度和深度的坑；用金属镀原板，形成模子；分离模子；利用模子使基底注模成型；在基底上形成包含金属氧化物或者精细金属颗粒和介电材料的混合物的掩模层。
在该方法中，当将激光束辐射到原板上时，激光束已经辐射到其上的体积扩展层的一部分被加热，从而这部分的温度升高。此时，加热区域的温度具有高斯分布，激光束光点的中心部分温度最高。当温度高于特定的临界温度时，发生热变化，形成坑。由于在激光束光点的中心部分发生热变化，所以坑的直径远小于激光光点的直径。
图4示出了当辐射激光束辐射到TbFeCo的体积扩展层上时形成坑的机理。即，当激光束辐射到TbFeCo的体积扩展层上时，在辐射的部分中产生热，从而TbFeCo扩散到介电层，或者介电层的物质(即，S)扩散到TbFeCo中，或者通过产生的热在被加热到比临界温度还高的温度的部分中TbFeCo与介电物质形成化合物。由于此时形成的化合物的体积膨胀，所以在第二介电层中形成坑。TbFeCo的临界温度是大约350℃。
同时，当体积扩展层包含金属氧化物例如PtOX、PdOX、AuOX、AgOX或WOX时，在体积扩展层的被辐射激光束加热的部分中产生氧，从而体积膨胀形成坑。
玻璃基底20通常用作光盘的原板。玻璃基底20被磨光和冲洗，然后通过溅射等方法，第一介电层24、体积扩展层25和第二介电层26顺序形成在玻璃基底20上。同时，记录在原板中的信息由编辑器预先编辑作为将要被写在光盘的基底10中的信息。编辑的信息通过信号发射器件发射，从而，调节激光束的辐射时间来形成具有不同长度和深度的坑。然后，用于电镀工艺的电极应用到所得原板上，镀金属形成模子。然后，分离模子。最后，通过母版制作工艺(mastering process)制备的模子用于使聚碳酸酯注模成型，等等。结果，得到了根据本发明实施例的光盘中使用的基底。
图5至图7示出了根据本发明另一实施例制备的光盘的原板的AFM图片。左图是顶部图片，右图是由左图中的点划线表示部分的剖视图。使用的激光束的波长为405nm，数值孔径(NA)为0.65。在图5中，形成脉冲频率为15MHz、坑直径为大约100nm以及坑深度为大约65nm的图案。
同样，在图6中，形成脉冲频率为18.75MHz、坑直径为大约80nm以及坑深度为大约45nm的图案，在图7中，形成脉冲频率为30MHz、坑直径为大约50nm以及坑深度为大约35nm的图案。从上述结果中可以清楚的是，随着坑长度增加，坑深度增加。因此，当坑长度大于读取分辨率极限时坑深度增加，当坑长度小于读取分辨率极限时坑深度减小，从而在各种情况下均得到了最佳的CNR性质。
将参照下面的例子更加详细地描述本发明。下面的例子是用于示例性的目的而不是意图限制本发明的范围。
例1
1-(1)光盘基底的制备
通过溅射在厚度为6mm的圆形玻璃基底上形成厚度为170nm的ZnS-SiO2层作为第一介电层，形成厚度为15nm的TbFeCo层作为体积扩展层，形成厚度为15nm的ZnS-SiO2层作为第二介电层，然后用数值孔径(NA)为0.65的激光制备光盘的原板，在该光盘中，轨道间距为0.74μm，并根据坑长度形成了从当最小坑长度为200nm时坑深度为50nm至当最大坑长度为680nm时坑深度为440nm范围内的具有不同坑深度的坑。用于电镀工艺的电极应用到所得基底上，然后，电镀镍形成模子。接着，分离模子。最后，通过母版制造工艺制备的模子被用于使聚碳酸酯注模成型，从而制备厚度大约为0.6mm的光盘的基底。
1-(2)光盘的制备
分别用400W和160W的电源将ZnS-SiO2靶和Pt靶共同溅射在如上面1-(1)制备的基底上，形成厚度大约为50nm的混合薄膜。此时，以20sccm的速率提供Ar，沉积压力为1.5毫托，ZnS-SiO2与Pt的体积比是80∶20。
例2
通过溅射在例1-(1)制备的光盘的基底上形成ZnS-SiO2层作为介电层，形成ZnS-SiO2+Pt层作为掩模层，然后，溅射厚度大约为100nm的Ag形成反射膜。接着，通过旋涂形成光可愈树脂保护层，从而完成了光盘。这里，通过分别用400W和160W的电源共同溅射ZnS-SiO2靶和Pt靶形成ZnS-SiO2与Pt的混合层作为掩模层，从而形成厚度为50nm的混合薄膜。以20sccm的速率提供Ar，沉积压力为1.5毫托，薄膜中ZnS-SiO2和Pt的体积比是80∶20。
例3
在例1-(1)中制备的光盘的基底上溅射Sb作为结晶读取辅助层，从而形成厚度大约为50nm的薄膜，然后，通过溅射形成ZnS-SiO2层作为第一介电层。此后，氩和氧注入真空容器中，溅射Pt靶形成厚度大约为3.5nm的PtOX掩模层。
试验例1
在具有波长为635nm的激光和NA为0.60的拾取器的DVD评估装置上评估在例1至例3中得到的盘的性能。线速度是2m/s，读取功率是2mW。在这种情况下，读取分辨率极限(λ/4NA)是265nm，DVD中的最小坑长度是400nm。在例1至例3制备的光盘中，相对于长度大约为150nm的坑得到了大约40dB或更大的CNR，这个CNR值是实际使用的典型值。从上面的结果可以确定的是，通过根据坑长度调节坑深度可以得到最佳的CNR。
如上所述，根据本发明实施例的高密度只读光盘由于坑深度根据坑长度而改变，所以可用于读取不大于读取分辨率极限的坑，并且可获得最佳的CNR。另外，根据本发明另一实施例的高密度只读光盘的制备方法可用来制备根据坑长度而具有最佳坑深度的高密度只读光盘。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明作各种形式和细节上的改变。

Claims (32)

1、一种高密度只读光盘，包括：
基底，具有根据单位信息而长度不同的多个坑，其中，所述多个坑中的坑的深度随着所述坑的坑长度的增加而增加；
掩模层，包含：
金属氧化物，或者
精细金属颗粒和介电材料的混合物。
2、如权利要求1所述的高密度只读光盘，其中，所述金属氧化物是PtOX、PdOX、AuOX、AgOX、WOX或它们的混合物。
3、如权利要求1所述的高密度只读光盘，其中，所述精细金属颗粒是金、铂、铑、钯或者它们的混合物。
4、如权利要求1所述的高密度只读光盘，其中，所述介电材料是金属的氧化物、氮化物、硫化物或氟化物或者它们的混合物。
5、如权利要求1所述的高密度只读光盘，其中，所述介电材料是ZnS-SiO2。
6、如权利要求1所述的高密度只读光盘，还包括所述基底和所述掩模层之间的由Sb或Sb2Te3组成的结晶读取辅助层。
7、如权利要求1所述的高密度只读光盘，还包括所述掩模层的至少一个表面上的介电层，所述介电层包含金属的氧化物、氮化物、硫化物或氟化物或者它们的混合物。
8、如权利要求7所述的高密度只读光盘，其中，所述介电层由ZnS-SiO2组成。
9、一种制备高密度只读光盘的方法，所述方法包括：
将激光束辐射到光盘的原板上，其中，随着辐射时间的变化顺序形成基底、第一介电层、体积扩展层以及第二介电层，所述体积扩展层包含稀土金属和过渡金属的合金或者金属氧化物；
通过激光束的辐射使所述体积扩展层膨胀，在所述第二介电层上形成具有不同长度和深度的坑；
用金属镀所述原板，形成模子；
分离所述模子；
利用所述模子使基底注模成型；
在所述基底上形成掩模层，所述掩模层包含：
金属氧化物，或者
精细金属颗粒和介电材料和混合物。
10、如权利要求9所述的方法，其中，所述稀土金属和过渡金属的合金是TbFeCo，通过与介电层的相互扩散或者通过加热引起的化学变化改变所述体积扩展层的体积。
11、如权利要求9所述的方法，其中，所述金属氧化物是PtOX、PdOX、AuOX、AgOX或WOX，并且通过加热放出氧来改变所述体积扩展层的体积。
12、如权利要求9所述的方法，其中，随着形成的所述坑的长度增加，所述坑的深度增加。
13、如权利要求1所述的高密度只读光盘，还包括所述基底和所述掩模层之间的由Sb或Sb2Te3组成的结晶读取辅助层。
14、如权利要求1所述的高密度只读光盘，还包括位于所述掩模层上的反射层。
15、如权利要求14所述的高密度只读光盘，其中，所述反射层包含从包括Au、Al、Cu、Cr、Ag、Ti、Pd、Ni、Zn、Mg及其合金的组中选择的金属。
16、如权利要求14所述的高密度只读光盘，其中，所述反射层形成的厚度为大约50-150nm。
17、如权利要求16所述的高密度只读光盘，其中，所述反射层形成的厚度为大约60-120nm。
18、一种高密度只读光盘，包括：
透明基底，具有根据单位信息而长度不同的多个坑，其中，所述多个坑中的坑的深度随着所述坑的坑长度的增加而增加；
掩模层，含有：
金属氧化物，或者
精细金属颗粒和介电材料的混合物。
19、如权利要求18所述的高密度只读光盘，其中，所述金属氧化物是PtOX、PdOX、AuOX、AgOX、WOX或它们的混合物。
20、如权利要求18所述的高密度只读光盘，其中，所述精细金属颗粒是金、铂、铑、钯或者它们的混合物。
21、如权利要求18所述的高密度只读光盘，其中，所述介电材料是金属的氧化物、氮化物、硫化物或氟化物或者它们的混合物。
22、如权利要求18所述的高密度只读光盘，其中，所述介电材料是ZnS-SiO2。
23、如权利要求18所述的高密度只读光盘，还包括所述基底和所述掩模层之间的由Sb或Sb2Te3组成的结晶读取辅助层。
24、如权利要求18所述的高密度只读光盘，还包括所述掩模层的至少一个表面上的介电层，所述介电层包含金属的氧化物、氮化物、硫化物或氟化物或者它们的混合物。
25、如权利要求24所述的高密度只读光盘，其中，所述介电层由ZnS-SiO2组成。
26、如权利要求18所述的高密度只读光盘，还包括所述基底和所述掩模层之间的由Sb或Sb2Te3组成的结晶读取辅助层。
27、如权利要求18所述的高密度只读光盘，还包括位于所述掩模层上的反射层。
28、如权利要求27所述的高密度只读光盘，其中，所述反射层包含从包括Au、Al、Cu、Cr、Ag、Ti、Pd、Ni、Zn、Mg及其合金的组中选择的金属。
29、如权利要求27所述的高密度只读光盘，所述反射层形成的厚度为大约50-150nm。
30、如权利要求29所述的高密度只读光盘，其中，所述反射层形成的厚度为大约60-120nm。
31、一种高密度只读光盘，所述高密度只读光盘允许读取其尺寸不大于激光束的读取分辨率极限的标记，所述盘包括：
具有基底和掩模层的超分辨率近场结构，其中，所述基底具有根据单位信息而长度不同的多个坑。
32、如权利要求31所述的高密度只读光盘，其中，所述多个坑中的坑的深度随着所述坑的坑长度增加而增加；所述掩模层含有金属氧化物或者精细金属颗粒和介电材料的混合物。
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