JP2007073117A - 光記録媒体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ランドの形状を工夫することで、ランドに記録した場合でも十分なクロスライトマージンを確保して高いトラック密度を得ることが可能な光記録媒体を提供する。
【解決手段】 円盤状の光記録媒体に設けられた情報ガイドトラックが、凸状のランド及び凹状のグルーブからなる光記録媒体において、ランドに沿って両端に突起が設けられており、該突起の高さが４０ｎｍ以上である光記録媒体。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光により情報の記録再生を行う光記録媒体に関する。

近年、書き換え可能な高密度記録方式として、半導体レーザの熱エネルギーを利用して磁性薄膜に磁区を書き込んで情報を記録し、磁気光学効果を使って記録情報を読み出す光磁気記録媒体及び記録再生装置が注目されている。光磁気記録媒体は、コンピュータなどにおける大容量の取り外し可能（リムーバブル）な情報記録媒体として、広く使用されるようになってきている。最近では、コンピュータやその他の情報処理装置で取り扱うデータが音声、画像、動画といったさまざまな情報に多様化し、それらの要求するデータサイズが増え続けていることから、この光磁気記録媒体の記録密度を高めてさらに大容量の記録媒体とする要求が高まっている。

光磁気記録媒体は、記録密度に関し、光学系の解像限界よりも微小な記録マークを記録し、またこれを再生できるという点で、他の光記録媒体よりも優れている。例えば、特開平７―３３４８７７号公報（特許文献１）には、そのような光磁気記録再生方法の一例である磁気超解像再生方式が開示されている。さらに、光学系の解像限界よりも微小な磁区を記録する方式としては、外部磁界の変調速度を十分に速めた磁界変調方式が一般に知られている。

また、特開平６−２９０４９６号公報（特許文献２）によれば、光磁気記録媒体において再生光の入射側に磁壁抗磁力の小さい磁壁移動層を設け、再生スポット内の温度勾配を利用して磁壁移動層の磁壁を高温側に移動させ、スポット内で磁区を拡大再生する方法が開示されている。これによれば、記録マークサイズが小さくなったとしても、磁区を拡大しながら信号を再生するので、再生光を有効に使うことができ、信号振幅を落とさずに解像力があげることができる。

一方、線密度方向（光スポット走査方向）ではなくトラック横断方向の密度を高める方法として、トラックガイド溝の凹部、凸部両方を記録トラックとして用いるランド・グルーブ記録は広く検討されている。中でも記録パワーマージンを改善させるために、特開２００２−２８８８９８号公報（特許文献３）ではランドの端部に突起を設ける事も提案されている。
特開平７―３３４８７７号公報 特開平６−２９０４９６号公報 特開２００２−２８８８９８号公報

特開平６−２９０４９６号公報に示された磁壁移動を利用した再生方法は、超解像方式の中でも特に線記録密度に優れた方法である。すなわち、磁壁の移動量が常に一定であれば、記録磁区の大きさにかかわらず一定の再生信号振幅が得られるという特徴がある。この方式とランド・グルーブ記録を組み合わせて高い面密度の光記録媒体を得るための方法としては、比較的深い溝形状、すなわち記録再生ビームの波長λに対してλ／４以上の溝深さの基板を用いて形状的にランドとグルーブを分断する方法がもっとも簡便である。

しかしながらこの方式は、式（１）を満たすような範囲では有効であったが、さらにトラックピッチを狭くした場合には以下のような問題点があった。

ＴＰ ＞ ０．２ ｘ ＮＡ／λ ・・・・・式（１）
（ＴＰ：トラックピッチ、ＮＡ：光学系の開口数、λ：レーザ波長）
図７は、磁壁移動再生の様子を表す模式図である。記録媒体上には情報トラック４ａ、４ｂ、４ｃが隣接して設けられており、図７では例としてｎ番目のトラック４ｂに記録磁区５が記録されている。ここに再生用光スポット６を照射するとスポット中心付近が昇温し、しきい温度Ｔｓの等温線７内で磁壁移動が起こる。原理的に磁壁は高温側に向かって移動するので、安定した信号再生を行うために記録磁区５はトラック幅内で広く記録されていることが望ましい。一方記録時を考えると、トラック幅内で広く記録して且つ隣接トラックの情報を破壊しない、すなわちクロスライトマージンを確保するためにはトラック間の境界で熱的な干渉が少ないことが望ましい。

図８は、トラックピッチ２１０ｎｍ、深さ９０ｎｍのランドグルーブ基板のランド部に、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．６５、ビームウェスト５２０ｎｍのレーザを照射したときのディスク半径方向の温度分布を計算した時の結果を示した図である。図から明らかなように、ランドにレーザ照射しているにも関わらずグルーブ部の温度がランドと同等に昇温しており、隣接トラックのデータを破壊せずにランドにデータ記録するのは不可能であることが分かる。ここに示すランドからグルーブへの熱の干渉はトラックピッチに大きく依存し、式（１）よりも狭い場合に顕著に表れる。また逆に、同じ基板のグルーブにレーザ照射した場合は図９に示すようにトラック端部で熱が閉じ込められており、クロスライトマージンには有利であることが分かる。

特開２００２−２８８８９８号公報に示されている基板では、通常のランド・グルーブ記録よりも若干の改善は見られるものの、明細書に示されている方法では十分な突起高さが得られず、効果もほとんどない。

また他の方式、例えば相変化タイプの光ディスクでランド・グルーブ記録を行った場合も、再生信号のＳＮＲを稼ぐためにはトラック幅内でなるべく広い幅のマークを記録することが望まれる。その場合もやはりランド記録時の隣接トラックへの放熱は少なくなければならないが、図８のような基板を用いるとクロスライトマージンが得られなかった。

本発明の目的は、上述の課題を解決すべくなされたものであり、ランドの形状を工夫することで、ランドに記録した場合でも十分なクロスライトマージンを確保して高いトラック密度を得ることが可能な光記録媒体を提供することにある。

本発明の光記録媒体は上記問題点に鑑み、円盤状の前記光記録媒体に設けられた情報ガイドトラックが、凸状のランド及び凹状のグルーブからなる光記録媒体であり、前記ランドに沿って両端に突起が設けられており、前記突起の高さが４０ｎｍ以上であることを特徴とする。また前記光記録媒体を得るための原盤製造方法であって、ガラス原盤を反応性イオンエッチングすることでトラック溝を形成する行程と、無機膜を形成する行程と、イオンミリングによって溝の端部を溝の平坦部よりも４０ｎｍ以上深く形成する行程を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明はランド・グルーブ記録を行う光ディスクにおいて、ランドの両端部に高さ４０ｎｍ以上の突起を設けたことで、ランド・グルーブ間での熱の遮断性を高めることにより、十分な記録パワーマージンを確保することが出来る、という効果がある。またこの効果は、溝付き原盤に対して窒化珪素をスパッタした後、イオンミリングすることによって十分な高さの突起を得ることができる。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例における基板の半径方向の断面図を示している。溝断面は図１に示すようにランド２の端部がトラックに沿って突起状になっている。この基板１０１の上にスパッタリング法などの成膜方法により、干渉層１０２、磁性層１、保護層１０３がこの順に積層されている。磁性層１は、特開平６−２９０４９６号公報に示されたものと同様の構造となっており、磁区拡大のための磁壁移動層、スイッチング層、記録磁区保持のためのメモリ層など、各機能を持った磁性膜の積層構造となっている。なお、図１に示した膜構成に加えて、熱構造を調整する放熱層や、ディスク全体を保護する保護コートなどをさらに加えても良い。情報記録再生は、ランド・グルーブそれぞれにレーザを照射することにより行う。

図２は、トラックピッチ２１０ｎｍ、溝深さ３０ｎｍ、ランド両端の突起高さ５１ｎｍの溝形状を仮定し、ランドに波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５のレーザを照射したときの室温（ＲＴ＝２７℃）からの昇温を計算し、半径方向の温度分布を示した結果である。この計算によると、ランド端部の温度ＴＬは３９２℃、グルーブ端部の温度ＴＧは２９１℃であった。ここで、温度差ΔＴを下記のように定義する。

ΔＴ＝{（ＴＬ−ＲＴ）−（ＴＧ−ＲＴ）}／{（ＴＬ−ＲＴ）＋（ＴＧ−ＲＴ）}＝１１．３％
レーザパワーと昇温は比例関係にあると考えられることから、ΔＴはランド幅一杯に記録できるパワーと隣接グルーブに記録マークがはみ出してしまうパワーの間のマージンに相当する。すなわち、ΔＴで表せるランド・グルーブ間のバッファエリアでの温度差を計算することにより、ランド記録の際の記録パワーマージンを見積もることができる。
同様に突起高さを５ｎｍとしたときの計算結果を図３に示す。図より、
ＴＬ＝３５４℃
ＴＧ＝３１８℃
ΔＴ＝５．８％
となり、５．８％の記録パワーマージンが得られる。さらにさまざまな突起の高さについて温度計算を行い、突起高さとΔＴの関係をプロットしたものが図４である。通常、光ディスクドライブの設計において、記録パワーマージンとしては±１０％を確保することが必要とされているので、ΔＴ＝１０％となる突起高さを見ると、４０ｎｍである。すなわち、ランド・グルーブ記録を行う光ディスクにおいては、ランド両端の突起の高さを４０ｎｍ以上設けることが望ましい。

次に、図５を用いて本発明の基板の製造方法について説明する。

まず平面に磨いたガラス原盤を用いて、一般的な反応性イオンエッチング法によりグルーブのパターニングを行う。すなわち、洗浄、レジスト塗布したガラス原盤を回転させながらレーザ照射し、現像した後反応性イオンエッチング法を用いて溝を形成、最後にマスク部分のレジストを除去する。図５（ａ）はグルーブをパターニングした後のガラス原盤１０を示している。

本発明の基板ではランドの両端部に突起を付ける必要があるが、図５（ａ）の状態では突起はできていない。そこで、まず溝形成した原盤１０に無機膜、例えば窒化珪素１１をスパッタリング法により成膜する。反応性イオンエッチングにより形成した溝は比較的急峻な斜面を得ることができるので、そこにスパッタリングするとランドの影になった部分の膜が薄くなり、図５（ｂ）に示すようにグルーブ端部でやや切れ込みが入った形状に成膜される。この切れ込みの深さは溝形状やスパッタ条件により異なるが、溝斜面の角度が寝ていると切れ込みができず、立ち過ぎていると側壁部分への膜の付着が多くなって成膜後の形状が崩れてしまう。一般的には側壁の傾斜を６０〜８０度程度にすることでグルーブ端部の切り込み形状を得ることができる。しかしこの場合でも、成膜後の形状でつけられる切込みの深さはせいぜい１０ｎｍ程度が限界となる。

そこで次に、図５（ｂ）のように無機膜を成膜した原盤に対してイオンミリングを行う。イオンミリング装置の基本構成を図６に示す。窒化珪素付きの原盤１０がセットされたミリング室２２およびイオン化室２１は、真空ポンプによって１Ｅ−６Ｐａ程度まで真空排気される。その後、イオン種に応じたガス、例えばアルゴンをイオン化室に導入して電圧を印加して放電させる。イオン閉じ込めグリッド２３には正電位を印加してプラズマをイオン化室２１内に閉じ込めておき、イオン閉じ込めグリッド２３から飛び出した高エネルギーを持ったイオンのみを、負電位を印加したイオン引出しグリッド２４によってミリング室に向かって加速させ、イオンビーム１２を原盤に衝突させて溝表面に付着した窒化珪素を削り落とす。この時、ミリングレートは、Ph.D.Brain N.Chapman 著「プラズマプロセッシングの基礎」ｐ．２２８、図６．５３に示すようにイオンの入射角度依存性を持っており、５０〜７０度の時にミリングレートが最大となる。したがって、ランド・グル−ブ表面よりも側壁部分のほうがミリングレートが早いので、側壁部分の窒化珪素が急速に削れることになる。さらに、窒化珪素の形状は図５（ｂ）に示すようにグルーブ端部で切れ込んでいるので、切れ込み部のミリングが促進され、ミリングすることで切れ込み部分が強調され、結果として図５（ｃ）に示す形状の原盤が得られる。これを紫外線硬化樹脂に転写してから、ニッケルスパッタ、ニッケル電鋳を行うことにより図５（ｄ）のように原盤と同じ形状のスタンパ１３を得ることができる。

このスタンパから射出成形法などによって基板を作成すると、ランドの両端に突起を持つ形状が得られるので、通常のスパッタリング法などによって記録膜を形成することにより、図１に示したような記録パワーマージンに優れた光ディスクを作成することができる。

以下、本発明について、実施例に基づいてさらに詳しく説明する。

直径６インチ、厚さ６ｍｍの表面研磨したガラス原盤に、フォトレジストをスピンコートにより０．１μｍ厚に塗布した後、１４０℃でプリベークを行った。これを６００ｒｐｍで回転させながら波長３５１ｎｍ、開口数０．９、パワー１ｍＷのレーザを照射してピッチ４２０ｎｍのらせん状のパターンを露光した。現像後、反応性イオンエッチング装置に投入し、ＣＨＦ_３ガスを使って溝深さ３０ｎｍになるまでエッチングを行い、さらに酸素ガスでアッシングして、ランド部に残ったレジストを除去した。これに直流マグネトロンスパッタ装置を使って膜厚６０ｎｍの窒化珪素を成膜した。この後イオンミリング装置に投入し、イオンビーム電圧６００Ｖ、イオンビーム電流２００ｍＡでイオンミリングを行い、グルーブ端部の切れ込みが４０ｎｍになるまでミリングを行った。これを紫外線硬化樹脂に転写して反転形状を作り、さらにニッケルスタンパを作成した後、ポリカーボネイトを射出成形してランド両端に高さ４０ｎｍの突起を持つ基板１０１を作成した。

記録膜形成用の直流マグネトロンスパッタリング装置のチャンバー内に、ＢをドープしたＳｉ、及びＧｄ、Ｔｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌの各ターゲットを取り付け、先述のポリカーボネート基板１０１をそのチャンバー内の基板ホルダーに固定した後、１×１０-5Ｐａ以下の高真空になるまでチャンバー内をクライオポンプで真空排気し、全ての成膜チャンバー、基板投入室、搬送室を真空排気したまま基板１０１を各成膜チャンバーに搬送した。Ａｒガスを０．５Ｐａとなるまでチャンバー内に導入し、基板１０１を回転させながら、以下の通り、各ターゲットをスパッタリングして光磁気記録媒体の各層を基板上に成膜した。なお、窒化珪素成膜時にはＡｒガスに加えてＮ2ガスを導入し、直流反応性スパッタリングにより窒化珪素層を成膜した。最初に、下地層（干渉層１０２）としてＳｉＮ層を３０ｎｍ成膜した。引き続き、磁壁移動層としてＧｄＦｅＣｏＡｌ層を膜厚３０ｎｍ、遮断層としてＴｂＦｅＡｌ層を膜厚１０ｎｍ、メモリ層としてＴｂＦｅＣｏ層を膜厚６０ｎｍに順次成膜し、積層磁性膜１を形成した。最後に、保護層１０３としてＳｉＮ層を２０ｎｍ成膜したのち、熱構造制御用の放熱層としてアルミニウム合金を１００ｎｍ付加した。

このように作製した光磁気記録媒体（ディスク）を線速２．４ｍ／ｓで回転させながら、波長４０５ｎｍのレーザ光、ＮＡ（開口比）０．６５の対物レンズおよび２００ｏＥの外部磁界を用い、（１−７）変調で情報記録再生を行ったところ、ランド・グルーブともに記録密度７５ｎｍ／ビットで１×１０^-4のビットエラーレートが得られた。また、この時の記録パワーマージンは、グルーブで±３０％、ランドで±１０％であった。

次に、グルーブ端部の突起をさらに高くして本発明の効果を見た。行程はほぼ実施例１の場合と同じであるが、突起を高くするために反応性イオンエッチングを行った後のガラス原盤に成膜する窒化珪素の厚さを８０ｎｍとした上で、イオンミリングの時間を長くしてグルーブ端部の切れ込みの深さが６０ｎｍになるまでミリングを行った。

実施例１と同様に情報記録再生を行ったところ、実施例１よりもランド・グルーブ間の熱的な遮断性が増したために、ランドの記録パワーマージンが±１２％に広がった。

さらに記録密度を向上させるために、記録再生に用いる光学系の開口数を０．８５とした。この場合はレンズと記録膜を接近させる必要があるため、実施例１とは逆に基板と反対側から光を入射することが好ましい。そこで、本実施例では原盤作成後に紫外線硬化樹脂による反転形状は作らずに、直接ニッケルスタンパを作成して基板を作成し、また記録膜の成膜順序も全て逆順とした。また光学系の開口数を上げてスポット系を小さくした分トラックピッチも１６０ｎｍと小さくした。

この場合も、ランド端部の突起高さを４０ｎｍとすることにより、ランドにおいて±１０％の記録パワーマージンを確保することが出来た。

（比較例）
原盤作成行程の中で、窒化珪素の成膜およびイオンミリングの行程を省いて、図５（ａ）に示す深さ３０ｎｍの溝付き原盤から直接紫外線硬化樹脂で反転コピーを作成してニッケルスタンパを作成した。その後実施例１と同じ装置を用いて光ディスクを作成して、記録再生実験を行った。

この場合の基板溝形状は、ランドの端部に突起がない形状となるので、ランド・グルーブ間での熱の干渉が大きく、ランド・グルーブのエラーレートは実施例１とほぼ同等の特性が得られたが、ランドの記録パワーマージンは±５％と十分な値が得られなかった。

本発明の実施の一形態の光記録媒体の構成を示す図である。 本発明の基板のランド部にレーザ照射した時の温度分布を表す図である。 本発明の比較となる温度分布を表す図である。 ランドの突起高さとパワーマージンを示す図である。 本発明の原盤作成行程を表す図である。 本発明で用いるイオンミリング装置を表すである。 本発明の一実施例の磁壁移動再生の様子をあらわす図である。 従来の、ランドの突起のない深溝基板のランド部にレーザ照射した時の温度分布表す図である。 従来の、ランドの突起のない深溝基板のグルーブ部にレーザ照射した時の温度分布表す図である。

符号の説明

１ 磁性層
２ ランド
３ グルーブ
４ 記録トラック
５ 記録磁区
６ 光スポット
７ 等温線
１０ ガラス原盤
１１ 窒化珪素
１２ イオンビーム
１３ スタンパ
２１ イオン化室
２２ ミリング室
２３ イオン閉じ込めグリッド
２４ イオン引出しグリッド
１０１ 基板
１０２ 干渉層
１０３ 保護層

Claims (2)

1. 円盤状の前記光記録媒体に設けられた情報ガイドトラックが、凸状のランド及び凹状のグルーブからなる光記録媒体において、
   前記ランドに沿って両端に突起が設けられており、前記突起の高さが４０ｎｍ以上であることを特徴とする光記録媒体。
2. ガラス原盤を反応性イオンエッチングすることでトラック溝を形成する光記録媒体用の原盤製造方法であって、前記反応性イオンエッチングの行程と、スパッタリングによって無機膜を形成する行程と、イオンミリングによって溝の端部を溝の平坦部よりも４０ｎｍ以上深く形成する行程を行うことを特徴とする光記録媒体の原盤製造方法。

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