JP2001014710A

JP2001014710A - 光学式記録再生ヘッドおよび光学式記録再生システム

Info

Publication number: JP2001014710A
Application number: JP11184509A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ishizaki; 修石崎; Takeshi Maro; 毅麿; Kazunori Adachi; 和慶安達; Tatsuo Araki; 立夫荒木
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】イマージョンレンズを用いた光記憶装置におい
て、長期間、安定な記録再生を行うことが可能な光ディ
スク装置を提供することを目的とする。【解決手段】ヘッド浮上機構を備えたスライダにレー
ザビーム透過部が形成され、前記レーザビーム透過部を
介して光学的に記録再生を行う光学式記録再生ヘッドに
おいて、光学式記録再生ヘッドの記録媒体の対抗面に20
nm〜200nmの保護膜を形成した光学式記録再生ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は記録容量が大きく、
安価な情報記録用光学ヘッドを提供することを目的と
し、詳しくは安定な記録再生を長時間継続可能な、高密
度記録用光学式記録再生ヘッドおよび光学式記録再生シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディア化に対応して大量
データを、高密度で記録し、迅速に記録再生ができる光
記録装置が注目されている。この光記録装置には、CD、
レーザーディスク（登録商標）のようにディスク作成時
に情報をディスク上にスタンピングしてあり情報再生だ
けが可能な再生専用形ディスクを用いたもの、CD-Rのよ
うに一度だけ記録が可能な追記形ディスクを用いたも
の、光磁気記録方式や相変化記録方式を用いて何度でも
書き換え消去が可能な書換え形ディスクを用いたものが
ある。これら、光記録装置では、データーの再生・記録
はレーザー光をレンズで回折限界にまで絞り込みんだ光
スポットを用いて行われる。この光スポットのサイズ
は、レーザーの波長をλ、レンズの開口数をNAとする
と、λ/NAとなる(角田義人監修、「光ディスクストレー
ジの基礎と応用」:社団法人電子情報通信学会(1995)、p6
5)。

【０００３】光記録媒体に情報を一層高密度に記録する
には、記録用のレーザスポットサイズ小さくして微小な
ピットや磁気マークを形成する必要とある。光スポット
を小さくするするためには、レーザー波長(λ)を小さく
するか、またはレンズの開口数(NA)を大きくする2通り
の方法が考えられる。現在用いられている光ディスク用
半導体レーザーの波長は主に780〜680nmであり、これよ
り短波長な650nmの橙色レーザーについては試作的に用
いられ始めたところで、この橙色レーザーより短波長の
緑、青色レーザーについては未だ開発途上であり、レー
ザー波長を小さくすることで飛躍的にスポットサイズを
小さくすることには限界がある。

【０００４】一方、レンズの開口数(NA)は、図1に示す
ようにレンズの絞り半角をθとするとNA=sinθとあらわ
され、1より小さい値となる。現状使用しているレンズ
のNAが0.5程度であることから、理論上限界に近いNAで
ある0.9としてもレーザースポットサイズは1/1.8にしか
縮小することができない。一方、NAを大きくするとレン
ズ系の焦点深度が浅くなり、記録面上で焦点を維持する
ための制御系が複雑になるという問題が生じるため、NA
をむやみに大きくすることはできず、通常の光記憶装置
では最大ＮＡ＝0.6程度のレンズを用いられる。

【０００５】レーザースポットサイズを小さくするため
イマージョンレンズを使用して実効的にレンズのNAを上
げる方法が提案されている(日経エレクトロニクス、686
号、13〜14ページ、1997.4.7)。

【０００６】図2（ａ）に示すように半球状のイマージ
ョンレンズを用いレーザー光をレンズ表面に対し垂直に
入射させた場合、等価なNAはイマージョンレンズの屈折
率をnとするとn×NAとなる。

【０００７】また、図２（ｂ）に示すように超半球イマ
ージョンレンズを用いレーザービームを超半球レンズの
底面で焦点を結ばせた場合はn2×NAとなる。イマージョ
ンレンズをガラスで作成した場合、ガラスの屈折率は約
1.8程度であることから、半球イマージョンレンズを用
いたときでスポットサイズは1/1.8に、また超半球イマ
ージョンレンズでは1/3.2に、それぞれ、通常の対物レ
ンズを用いた場合に比べ小さくすることができる。

【０００８】固体イマージョンレンズを用いる場合に
は、この技術では、記録再生にはイマージョンレンズか
らしみる出る近接場(near field)光を用いるため、イマ
ージョンレンズと記録膜との間隔は、広くともレーザー
波長の１／４程度にする必要がある。この値は、波長68
0nmの赤色レーザーを用いた場合で170nmとなり、通常の
光記憶装置の光ヘッドと記録媒体間の間隔数mmに比べは
るかに小さい。このため、固体イマージョンレンズと近
接場光を組み合わせて用いる場合には、固定型磁気ディ
スク（ハードディスク）の磁気ディスクで用いられてい
るのと似た浮上型のスライダーを用いる必要がある。

【０００９】図３にかかる浮上型のスライダを用いた光
磁気記録媒体用の光ヘッドの構造の一例を示す。光ヘッ
ドは浮上型スライダ１０２に、対物レンズ７１、固体イ
マージョンレンズ１００、記録用に磁界発生用コイル１
０４を組み込まれて構成されている。通常の光磁気記録
装置では光磁気記録媒体の透明媒体を通して光が記録層
に照射される。しかしながら、固体イマージョンレンズ
と記録層との間隔が制限されることから、図4に示す構
造の光磁気記録媒体が一般的に使用される。基板５６上
に反射層５５、第一誘電体層５４、光磁気記録層５３お
よび第２誘電体層５２の順に積層、さらにヘッドとの良
好な摺動特性得るため保護膜５１としてダイヤモンドラ
イクカーボンを形成する。

【００１０】また、この方式を用いた光磁気ディスク等
の光情報記録ディスクの記録再生装置においては、光ヘ
ッドを浮上スライダ内に埋め込むことによって高速アク
セスが実現可能である。例えば、特願平８−２６６３６
９号は、固体イマージョンレンズを備えるヘッドとスラ
イダとを扇状のスイングアームの先端に固定した光磁気
ディスク記録再生装置を開示している。この記録再生装
置は、極めてコンパクトでありながらも、高速アクセス
や高密度記録が可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】イマージョンレンズを
用いた光記憶装置では、イマージョンレンズの光透過部
はきわめて温度が高くなり、ディスク走行時でヘッド上
に集められた異物が凝縮してしまい、長期間、安定な記
録再生ができない問題が有った。本発明は、上記従来技
術の欠点を除くためになされたものであって、その目的
とするところは、イマージョンヘッドへの異物付着を抑
え、高密度に長期間、安定な記録再生ことの可能な光デ
ィスク装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明ではヘッド浮上機構を備えたスライダにレー
ザビーム透過部が形成され、前記レーザビーム透過部を
介して光学的に記録再生を行う光学ヘッドにおいて、光
学式記録再生ヘッドの記録媒体の対抗面に20nm〜200nm
の保護膜を形成した。保護膜の厚みは薄くすると効果が
見られず、厚くするとビームが大きくなり分解能が悪く
なるため、20nm〜200nmの範囲が良い。また、保護膜は
吸収係数が0.1以下で、光の吸収をほとんどない材料を
選択、レンズでの発熱を抑えた。

【００１３】さらに、保護膜の屈折率を1.5以上するこ
とにより光ができる限りメディア上に照射できるように
する。詳しくはレーザビーム透過部のレンズの屈折率と
媒体と対抗するレーザビーム透過レンズに集光する対物
レンズのNAを掛けた数字より大きく設定できれば良い。
保護膜は具体的には２層以上の多層構造で形成でき、最
表面をダイヤモンドライクカーボンで形成、内部がSi、
SiN、SiO、SiO₂、SiN、Ge、CdSe、Sb₂S₃、ZnSe、CdTe、
CdS、CeO2、TiO₂、TiN、ZnS、Ta₂O₅、HfO₂、Sb₂O₃、In₂
O₃、ThO₂、MgO、Al₂O₃、CeF₃、インジュームチタン酸化
物、SiC_x、SiN_xO_y、SiC_xO_y、SiC_xN_yO_z、AlN_x、AlSi_xN_yO
_z、AlO_x、ZnS、TaO_x、TiO_x、水素化カーボン、DLCなど
を用いることができる。またこれらを合成した膜が使用
可能である。この光学ヘッドは、記録媒体と浮上量が５
００ｎｍ以下で走行する。前記保護膜の形成によりイマ
ージョンヘッドへの異物付着を抑え、高密度に長期間、
安定な記録再生が可能となる。

【００１４】これは従来のイマージョンヘッドでは光デ
ィスクへの記録あるいは再生時に、光磁気効果を利用す
る場合でも、相変化を利用する場合においてもディスク
表面ではきわめてパワー密度が強くなるため、ディスク
の表面温度も一瞬ではあるが１００°C以上の高温とな
る。また、光学ヘッドにおいては記録状態の時間、常に
ディスクから熱を受ける。さらには、シーク時にヘッド
走行に異常を起こし一時的にディスクと接触して表面温
度が高くなる。このため、イマージョンレンズの光透過
部はきわめて温度が高くなり、ディスク走行時でヘッド
上に集められた異物が凝縮してしまい、長期間、安定な
記録再生ができない問題が有った。一般にイマージョン
レンズは屈折率が高く、加工性が良いことが要求される
ため、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、LaO、ZnOなどにPb、Baを添
加した複合材料であり、高温になると化学的に不安定に
なる材料が含まれる。そこで、本発明ではレンズ面に保
護膜を形成して異物の生成を防止することを可能した。
これは、表面を化学的に安定にする効果と表面材料での
吸収を抑えかつ融点を高くできることによると考えられ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態及び実
施例について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は
それらに限定されるものではない。

【００１６】（実施例１）第５図は、本発明により得ら
れた光ヘッドの要部構成断面図である。光ヘッドは浮上
型スライダ１０２に、対物レンズ７１、固体イマージョ
ンレンズ１００、記録用に磁界発生用コイル１０４を組
み込まれ、ヘッドのディスク対抗面に保護膜１０５が構
成されている。

【００１７】この光ヘッドは、以下に記す方法で作製さ
れる。最初に浮上型スライダ１０２となるAl2O3‐TiC複
合セラミックウェハーに穴を空け、これに球状に加工し
た屈折率が1.5以上のガラスを埋め込み、ウェハーとガ
ラス溶着して、片方の面を平面研磨する。次に平面研磨
した側と反対側に半導体プロセスにより磁界発生用のコ
イルを作製する。

【００１８】次にたとえば図６に示すように、媒体上を
走行したとき所定の浮上量になるよう摺動面パターンを
形成する。このパターンは、機械加工もしくはエッチン
グで形成される。今回の試作では浮上量が100ｎｍとな
るように設定した。

【００１９】このようなパターンは種々検討されてお
り、光ヘッドの大きさと浮上量にあわせて設計可能であ
る。この実施例では、スライダ１０２が負圧正圧併用型
スライダとなるようにした。図６のスライダ１０２の底
面図、左側側面図及びＡＡ線断面図からわかるように、
スライダ１０２の底面８１には底面８１からわずかに突
出し（図６では紙面前方に突出）且つ図中矢印で示した
ディスク（光磁気記録媒体）進行方向に延在する凸部８
０が形成されている。凸部８０はディスク進行方向に沿
ってその幅（ディスク進行方向と直交する方向の長さ）
が変化するように形成されている。スライダ１０２に対
してディスク（光磁気記録媒体）がターンテーブル等に
より回転駆動したときに発生する気流は矢印Ｂに示すよ
うに凸部８０の間を通り抜ける。この際、気流は凸部８
０の幅広（ＡＡ線上）部分８０ａに挟まれた狭い領域で
圧縮された後、幅狭部分８０ｂに挟まれた幅の広い領域
に拡散するためにその圧力が低下する。この低下した圧
力（負圧）によりスライダ１０２にディスクからの吸引
力が働き、一方で、スライダ１０２には原盤の回転によ
る浮力が作用し、これらの力がバランスすることにより
スライダ１０２はディスクとの間で一定の間隔を維持す
ることができる。負圧正圧併用型スライダの詳細は、例
えば、「ＭＲ／ＧＭＲヘッド技術」、第１１２頁（トリ
ケップス出版）に記載の磁気ディスクへの適用例の欄を
参照することができる。

【００２０】次に図７に示すように本発明の保護膜105
を形成する。本実施例では図7に固体イマージョンのデ
ィスク対抗面は拡大図に示すように２層の保護膜を形成
した。保護膜の形成はスパッタリング、イオンビームス
パッタリングやCVD法などの成膜装置が使用できる。本
実施例では内部保護膜106としてSiNおよび最表面保護膜
107としてダイヤモンドライクカーボンをCVD法により作
製した。この時SiNは100ｎｍ、ダイヤモンドライクカー
ボンは20ｎｍとした。最後にウェハーを切断して光ヘッ
ドを切り出し、結線を行いジンバルバネに接着した。

【００２１】（実施例２）実施例１と同様な方法で光学
ヘッドを作製、保護膜をSiN100ｎｍ、ダイヤモンドライ
クカーボンは20ｎｍで構成した。成膜も実施例１と同様
にCVD法により作製、ダイヤモンドカーボンの成膜時の
水素ガス流入量を変化させて、膜の吸収係数を変化させ
た。結果を図１１に示す。

【００２２】（実施例３）実施例１と同様な方法で光学
ヘッドを作製、保護膜をTiN100ｎｍ、ダイヤモンドライ
クカーボンは20ｎｍで構成した。成膜も実施例１と同様
にCVD法により作製した。

【００２３】（実施例４）実施例１と同様な方法で光学
ヘッドを作製、保護膜としてダイヤモンドライクカーボ
ンを20ｎｍで構成した。成膜も実施例１と同様にCVD法
により作製した。

【００２４】（比較例１）実施例１と同様な方法で光学
ヘッドを作製、ダイヤモンドライクカーボンを10ｎｍ、
CVD法により作製した。

【００２５】（比較例２）実施例１と同様な方法で光学
ヘッドを作製、保護膜を設けなかった。

【００２６】（評価方法）保護膜の厚みや光学特性はモ
ニタ用平坦基板上に同時に成膜時にサンプルを用い、厚
みは形状測定器、光透過率、屈折率の測定は波長６８０
ｎｍでエリプソメータを使用してデータを取得した。

【００２７】信号の安定性については、図８に示すよう
に光記録装置に組み込み試験した。光ヘッド３２は、ロ
ータリーアクチュエータ３７に取り付けられたスウィン
グアーム３５の先端に組み込まれる。光ヘッド５００内
の固体イマージョンレンズにレーザー光を絞り込む対物
レンズ３４は、同じロータリーアクチュエータ３７に組
み込まれ、且つスウィングアーム３５と機械的に固定さ
れ一緒に動くアーム３６上に固定されている。スウィン
グアーム３５及びアーム３６は磁気ディスク装置の場合
と同様に板バネ等により構成することができる。対物レ
ンズ３４は、図８に示すように、常に、固体イマージョ
ンレンズ１００の底面上に焦点を結ぶよう、対物レンズ
３４と固体イマージョンレンズ１００の間隔を一定に維
持するためのコイル４４と磁石４５を用いた駆動機構
（ボイスコイル型アクチュエータ）が設けられている。

【００２８】本発明の光記録装置の全体の光学系の具体
例を図９に示す。図９は光磁気記録装置の場合の光学系
である。図９中、固定光学系については通常の光磁気記
録媒体を記録・再生するためのドライブの同様の光学系
を使用することができる。すなわち、レーザ光源５７か
ら射出されたレーザ光は、レンズ５８、プリズム５９
ａ，５９ｂ、ビームスプリッタ６０を通過し、ミラー７
０，６９で反射された後、対物レンズ７１に入射し、さ
らに固体イマージョンレンズ１００で集光されて固体イ
マージョンレンズ１００の底面に焦点を結ぶ。固体イマ
ージョンレンズ１００の底面から滲み出した光は光磁気
記録媒体４００の記録層に達して記録信号に応じた磁気
マークを形成する。なお、記録の際、光磁気記録媒体４
００には記録用磁界が印加されており、光変調方式、磁
界変調方式、光磁界変調方式のいずれの方式でも記録は
可能であり、本評価では光磁界変調方式を用いた。

【００２９】再生時に、光磁気記録媒体４００からの反
射光は、ミラー６９，７０で反射された後、ビームスプ
リッタ６０で反射されてビームスプリッタ６１で２つの
ビームスプリッタ６４，６５に向かう光に分割される。
ビームスプリッタ６５に入射した反射光はさらにそこで
分割されてフォーカシング検出用検出器６８ｃとトラッ
キング信号検出用検出器６８ｄにそれぞれ入射する。ま
た、１／２波長板６３及びレンズ６７を通過してビーム
スプリッタ６４に入射した反射光は、互いに直交する偏
光成分の光を検出する光検出器６８ａ，６８ｂに入射
し、再生信号を検出する。

【００３０】記録再生特性の安定性評価に使用した光磁
気ディスクは図１０に示した構成した。このディスク作
製のプロセスでは、ポリカーボネートを射出成形して作
製したディスク基板２１の両面に、スパッタリングによ
り、２０ｎｍのＺｒバッファ層２２、膜厚８０ｎｍのＡ
ｕ反射層２３、膜厚１ｎｍのＳｉＮ誘電体層２４、膜厚
２０ｎｍのＴｂＦｅＣｏ光磁気膜２５、及び膜厚８０ｎ
ｍのＳｉＮ誘電体層２６、膜厚１０ｎｍの水素含有Ｃ保
護膜２７を順次成膜した。更に、保護膜２７上に商品名
ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬよりなる潤滑剤層を膜厚２
ｎｍになるようにディップコーターにより塗布して、光
磁気ディスクを作製される。基板にはプリピットおよび
トラッキング用の溝が形成されている。このディスクを
用い、本発明で作製したヘッドを組み込んだ記録再生装
置で動作させ、連続的に内周から外周までシークし、１
０分毎に記録を行い、このときの光磁気信号信号のエラ
ーレートをモニタした。

【００３１】（評価結果）各実施例および比較例につい
て、保護膜の吸収係数の測定および連続試験時のエラー
レートの測定を行い、耐久時間を調べた。耐久時間はエ
ラーレートが10-5より悪化する時間で定義した。この結
果を表１および図１１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１および図１１から、保護膜を２０ｎｍ
以上形成して吸収率が０．１以下であれば耐久時間が５
時間以上取れることが分かる。また、吸収率が０．０５
以下であれば耐久時間が1000時間以上となることが分か
る。

【００３４】

【発明の効果】ヘッドのレンズ面に保護膜を構成するこ
とにより長期間、安定な記録再生を行うことが可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズによるレーザー光の絞り込みを説明する
図である。

【図２】固体イマージョンレンズを使用したときの光路
を説明する図であり、(a) は半球状固体イマージョンレ
ンズを、(b) は超半球状固体イマージョンレンズをそれ
ぞれ示す。

【図３】固体イマージョンレンズと近接場光を利用した
記録再生方式で用いるスライダー型光ヘッドの構造を説
明する概略断面図である。

【図４】光記録媒体の一具体例の概略断面である。

【図５】本発明の実施例で作製した光磁気ヘッドの概略
断面図である。

【図６】本発明の実施例で作製した光ヘッドのスライダ
底面に形成する凹凸パターンを示す図である。

【図７】図５の光ヘッドにおけるディスク対抗面部の拡
大断面構造を示す図である。

【図８】本発明の光記録装置の概略構造を示す図であ
る。

【図９】本発明の実施例の光記録装置で使用した光学系
を説明する図である。

【図１０】本発明の光記録媒体の概略断面図である。

【図１１】本発明の実施例での耐久時間測定結果を示す
図である。

【符号の説明】

１半球状固体イマージョンレンズ２超半球状固体イマージョンレンズ３レーザー光４光記録媒体２１ディスク基板２２Ｚｒバッファ層２３Ａｕ反射膜２４ＳｉＮ誘電体層２５ＴｂＦｅＣｏ光磁気膜２６ＳｉＮ誘電体層２７水素含有カーボン保護膜３３，６９ミラー３４，７１対物レンズ３５，３６スイングアーム３７ロータリーアクチュエータ３８光学系３９ディスク回転軸４０モータ４１光磁気ディスク４３対物レンズ支持体４４アクチュエータコイル４５アクチュエータ用永久磁石４６レーザ光５７レーザー光源５９ａ，ｂプリズム６０，６１，６４ビームスプリッタ６３１／２λ板６８ａ，ｂ光磁気信号検出器６９，７０ミラー８０スライダ底面７１対物レンズ７２，１００固体イマージョンレンズ１０２スライダ１０４磁気コイル１０５保護膜１０６内部保護膜１０７最表面保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安達和慶大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者荒木立夫大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内Ｆターム(参考） 5D075 CC01 CD20 5D119 AA32 BA01 CA06 MA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘッド浮上機構を備えたスライダにレー
ザビーム透過部が形成され、前記レーザビーム透過部を
介して光学的に記録再生を行う光学式記録再生ヘッドに
おいて、光学式記録再生ヘッドの記録媒体の対抗面に20
nm〜200nmの保護膜を形成したことを特徴とする光学式
記録再生ヘッド。
【請求項２】請求項１記載の光学式記録再生ヘッドに
おいて、保護膜の吸収係数が0.1以下であることを特徴
とする光学式記録再生ヘッド。
【請求項３】請求項１記載の光学式記録再生ヘッドに
おいて、保護膜の屈折率が1.5以上であることを特徴と
する光学式記録再生ヘッド。
【請求項４】請求項１記載の光学式記録再生ヘッドに
おいて、保護膜が２層以上の多層構造で形成され、最表
面の層がダイヤモンドライクカーボンで形成されている
ことを特徴とする光学式記録再生ヘッド。
【請求項５】ヘッド浮上機構を備えたスライダにレー
ザビーム透過部が形成され、前記レーザビーム透過部を
介して光学的に記録再生を行う光学式記録再生ヘッドに
おいて、光学式記録再生ヘッドの記録媒体表面からの浮
上量が５００ｎｍ以下であることを特徴とする光学式記
録再生システム。