JP2007172701A - 超解像光記録媒体及び超解像光記録媒体への情報記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】更に記録密度を向上させた超解像光記録媒体、及び、その超解像記録媒体への情報記録方法を提供する。
【解決手段】超解像光記録媒体は、基板上に少なくとも記録層と超解像層とを有してなり、記録マーク２６が未記録部２９に対して凹部となるように、記録に供するレーザの強度または発光パターンを調整して、解像限界以下の記録マーク及びスペースを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録層に形成されている記録マークに再生光を照射することによって情報を再生することができる光記録媒体、特に、再生光学系における解像限界以下の小さな記録マークを再生することができる超解像光記録媒体及び超解像光記録媒体への情報記録方法に関する。

近年、例えば特許文献１に記載されるように、再生光学系における回折限界よりも小さい記録マーク列の再生が可能な超解像光記録媒体が提案されている。

一般的に、通常の光記録媒体の場合、光を用いた再生方法では、ある記録マーク列周期以下の周期の記録マーク列は読み取りが不可能になる。この記録マーク列周期の長さを回折限界という。波長λ、開口数ＮＡの再生光学系では、回折限界はλ／ＮＡ／２で与えられ、１周期の中で記録マーク部とブランク部の長さが同一だとすると、記録マーク長はλ／ＮＡ／４で与えられる。この記録マーク長を解像限界という。

従って、波長λを小さくし、及び／又は開口数ＮＡを大きくすれば、解像限界が小さくなるために記録密度が向上するが、これ以上の波長の短波長化や開口数の高開口数化は限界に達しつつある。上記のような超解像光記録媒体は、λ／ＮＡ／４よりも小さな記録マークを再生することができる技術であり、波長λを短く、且つ、ＮＡを高くしなくても、更に、記録の高密度化を図るものである。

又、上記のような通常の光記録媒体では、例えば非特許文献１に示されるように、相変化記録膜を用いていて、記録によって、記録マーク及びその近傍に変形を生じることはない。

特開２００３−６８７２号公報 Scanning Probe Microscope Observation of Recorded Marls in Phase Change Disks：Takashi Kikukawa and Hajime Utsunomiya，Microsc．Microanal．，7(2001)363-367

この発明は、更に記録密度を高くすることができる超解像光記録媒体及び超解像光記録媒体への情報記録方法を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意研究の結果、超解像光記録媒体でのトラックに沿った表面形状において、変調信号中の少なくとも解像限界以下のサイズのマークを未記録部に対して凹部とすることによって高ＣＮＲ（Ｃarrier to Ｎoise Ｒatio）で情報を記録できることを見出した。

即ち、以下の各実施例により上記課題を解決することができる。

（１）基板と、この基板上に形成された記録層とを有してなり、前記記録層には、記録トラックに沿って、再生光学系における解像限界以下のサイズであって、且つ、該再生光学系により再生可能な記録マークが形成されていて、変調信号中の記録マークのうち少なくとも前記解像限界以下のサイズの記録マークが未記録部に対して凹部であることを特徴とする超解像光記録媒体。

（２）前記記録層における記録マークが形成されていない未記録部に対する前記記録マークの高さとマークサイズＭＬの比ｈ_ｍ／ＭＬが−０．２０≦ｈ_ｍ／ＭＬ≦−０．０１であることを特徴とする（１）記載の超解像光記録媒体。

（３）前記記録層における記録マークが形成されていない未記録部に対する記録マークの高さがこの記録マークよりも長い記録マークの未記録部に対する高さよりも高いことを特徴とする（１）記載の超解像光記録媒体。

（４）基板と、この基板上に、記録層と、超解像層と、光透過層とを、少なくとも有してなる超解像光記録媒体の前記記録層に、再生光学系における解像限界以下のサイズで、且つ、該再生光学系により再生可能な記録マーク及びスペースを形成する情報記録方法であって、変調信号中の記録マークのうち少なくとも解像限界以下のサイズの記録マークが未記録部に対して凹部となるように、記録に供するレーザ強度または記録に供するレーザの発光パターンを調整することにより、前記解像限界以下のサイズの記録マーク及び解像限界以下のサイズのスペースを形成することを特徴とする超解像光記録媒体への情報記録方法。

この発明においては、超解像光記録媒体でのトラックに沿った断面において、変調信号中少なくとも解像限界以下のサイズの短い記録マークを凹部、その前後の解像限界以下のサイズのスペースを凸部とすることによって、高ＣＮＲで情報を記録し、且つ、短い記録マークの未記録部に対する高さを長い記録マークの未記録部に対する高さよりも高くすることにより良好な周波数特性で情報を記録できる。

この最良の形態に係る超解像光記録媒体は、基板と、この基板上に形成された記録層及び超解像層を少なくとも有してなり、記録層には、再生光学系における解像限界以下のサイズであって、且つ、該再生光学系により再生可能な記録マークが形成されていて、記録マークの未記録部に対する高さとマークサイズの比ｈ_ｍ／ＭＬが−０．２０≦ｈ_ｍ／ＭＬ≦−０．０１である。

本超解像光記録媒体には、そのふさわしい変調方式に応じて、単数あるいは複数の長さを持つ記録マークとスペースが形成されるが、この記録マークのうちの解像限界以下の最短の記録マークは、光透過層を除去したときに現れる表面の平面視でのＡＦＭ像やＳＥＭ像における濃淡や、触針計等によるによる凹凸プロファイルからも凹部及び凸部が判別される。ここで光透過層の除去は物理的に剥いでもよく、物理的に剥ぐのが困難な場合、特に表面形状が保てない場合、光透過層を溶解するクロロホルム等の溶剤を用いても良い。

なお、凹部及び凸部は、ランダム信号の記録によっても観察可能であるが、記録マークとスペースを特定のマーク長及びスペース長をそれぞれ交互に連続させて配列させたときの信号を記録して観察することにより、より明確に判断することが出来る。

以下本発明の実施例１について、図１乃至図３を参照して詳細に説明する。

図１に示されるように、本発明の実施例１に係る超解像光記録媒体１０は、基板１２上に第１の誘電体層１４、超解像層１６、第２の誘電体層１８、記録層２０、第３の誘電体層２２及び光透過層２４をこの順で積層した構成とされている。

なお、図１の例では、基板１２と対向する光透過層２４側からレーザー光が入射するが、基板側から光入射させる場合、基板が光透過層となる。

前記基板１２は、例えばポリカーボネートから形成されている。又、前記第１の誘電体層１４、第２の誘電体層１８、及び、第３の誘電体層２２は、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂、ＺｎＳ
、ＺｎＯ等の、半導体や金属の酸化物、硫化物等から構成されている。

又、前記記録層２０は、ＰｔＯｘ等の、白金と酸化に熱分解した結果、その部分の光学定数が変化する材料から構成されているが、ＰｔＯｘに限定されるものでなく、記録用レーザ光の照射によって、光学定数が変化し、且つ、前記超解像層１６への再生用レーザ光の照射において、記録層２０に形成された記録マークが消失しない材料であればよい。

前記超解像層１６は、λ／４ＮＡ以下の長さの記録マークを再生可能とする、超解像能を有する材料からなり、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅのいずれかの単体、あるいは、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉのいずれかの化合物、たとえば、前記いずれかの単体を一方に含むＳｂ−Ｚｎ又はＴｅ−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｂｉ、Ｂｉ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｂｉ−Ｔｅのいずれかの化合物、のうち一つの材料から構成されている。

更に、超解像層１６の材料として、上記の材料に、Ａｇ、Ｉｎの少なくとも一方が含まれているものであってもよい。

実際には、前記基板１２上に形成した第１、第２、第３の誘電体層１４、１８、２２の材料を、例えば、それぞれ（ＺｎＳ）₈₅（ＳｉＯ₂）₁₅とし、更に、記録層２０をＰｔＯ
ｘとし、超解像層１６を、Ｓｂ₇₅Ｔｅ₂₅として、超解像光記録媒体１０を構成した。

上記のような構成の超解像光記録媒体１０に対しては、図２に示されるような情報記録／再生装置３０により、情報の記録及び再生を行う。

前記情報記録／再生装置３０は、超解像光記録媒体１０を回転させるためのスピンドルモータ３２、レーザビームを前記光記録媒体１０に照射するためのヘッド３４、このヘッド３４及び前記スピンドルモータ３２を制御するためのコントローラ３６、前記ヘッド３４からのレーザビームを、パルス列に変調制御するためのレーザ駆動信号を供給するレーザ駆動回路３８と、前記ヘッド３４にレンズ駆動信号を供給するレンズ駆動回路４０と、を備えて構成されている。

前記コントローラ３６は、フォーカスサーボ追従回路３６Ａ、トラッキングサーボ追従回路３６Ｂ及びレーザコントロール回路３６Ｃが含まれている。

前記レーザコントロール回路３６Ｃは、レーザ駆動回路３８により供給されるレーザ駆動信号を生成する回路であり、データの記録時においては、対象となる超解像光記録媒体に記録されている記録条件設定情報に基づいて適切なレーザ駆動信号の生成を行ない、データの再生時においては、対象となる光記録媒体の種類に応じ、レーザビームのパワーが予め定められたパワーとなるように、レーザ駆動信号の生成を行うようにされている。

このような、情報記録／再生装置３０により記録パワーを2段階に変化させて（図３（Ａ）が最大パワー、図３（Ｃ）が最小パワー）、前記記録層１４に、記録マークを連続的に形成し、光透過層２２を除去した状態で、これを上からＡＦＭで観測したところ、図３に示されるように、平面視での表面のＡＦＭ像が、未記録部２９に対して凹部となる記録マーク２６が観測されている。他方、スペース部２８は必然的に凸部となる。

ＡＦＭ像は表面の凹凸を反映した像を表すことから、本実施例の超解像光記録媒体及び記録方法では、記録により変形が発生して記録マークが形成されることを示している。この記録マークは非特許文献１に示される従来の記録によって変形を生じない通常の相変化型媒体の場合とは明らかに異なることが分かる。

ここで、記録マーク２６が凹部となる理由は必ずしも明らかではないが、記録レーザ光により加熱されるマーク部分において、記録層の体積変化と超解像層の溶融が同時に生じ、記録層の体積変化に伴い流動しやすくなった超解像層が隣接するスペース層へ押しやられる結果、図３に示されるような形状の記録マーク２６が形成されるものと考えられる。

又、前記記録マーク２６の、記録層２０における未記録部２９に対する高さの差ｈ_ｍは、未記録部２９を高さ０として、負符号をもってあらわされる。未記録部とは、完全な未記録部でも良いし、解像限界の２倍程度より長いスペース部の中央を未記録部として定義してもよい。この長さのスペース長の中心付近なら、未記録部と高さが変わらないことが確かめられている。

図３は、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５の光学系を用いたときに、７５ｎｍ（＜λ／ＮＡ／４）の記録マークとスペース（共に解像限界以下）を連続して形成した場合のものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、上記光学系を用いた場合でも、超解像光記録媒体１０は当然７５ｎｍ以外の解像限界以下のサイズの記録マークを有しており、それらにも適用できることは言うまでもない。更に上記光学系に限らず変調信号に応じて種々解像限界以下のサイズの記録マーク及び解像限界以下のスペースにも適用可能である。また、変調信号は当然これら解像限界以下のサイズの記録マーク及び解像限界以下のサイズのスペースだけではなく、解像限界以上サイズの記録マークや解像限界以上サイズのスペースを有することもあるが、本発明では少なくとも解像限界以下サイズの記録マーク及び解像限界以下のサイズのスペースが所望の状態となっていれば構わない。

なお、図３に示されるような形状の記録マーク２６及びスペース２８が形成されるのは、記録用レーザ光のパワーが一定範囲の場合のみであった。

[例１]
例１の超解像光記録媒体は、ポリカーボネート基板上に、厚さ４０ｎｍのＡｇ合金膜の反対膜、厚さ８０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第１の誘電体層、厚さ１０ｎｍのＳｂ₇₅Ｔｅ₂₅からなる超解像層、厚さ４０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第２の誘電体層、厚さ４ｎｍのＰｔＯｘからなる記録層、厚さ９０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第３の誘電体層、厚さ０．１ｍｍの光透過層を順に積層して構成したものである。

このような構成の媒体では記録によりＰｔＯｘ（記録層）がＰｔとＯ₂に分解することにより、変形を伴う記録マークを形成し、Ｓｂ₇₅Ｔｅ₂₅（超解像層）の光学変化により解像限界以下のサイズの記録マーク及び解像限界以下のサイズのスペースによる信号の再生、つまり超解像再生が可能となると考えられる。なお、変形を伴う記録マークを形成し、超解像再生が可能となる媒体構成・材料は上記の媒体構造に限られるわけではなく、前記記録マークが凹部、その前後の前記スペースが凸部となるような、変形記録が可能な記録膜と超解像が可能な超解像層を適宜採用すれば良い。

上記のように解像限界以下のサイズの記録マークが凹部、その前後の解像限界以下のサイズのスペースが凸部となるような、変形記録が良好な特性をもたらす理由は定かではない。

上記のような条件で作成した超解像光記録媒体に、７５ｎｍのマーク／スペースの単一周波数信号（波長４０５ｎｍ、ＮＡ／０．８５：ビームスポット径は約４８０ｎｍ）を、記録レーザ光のパワーを８段階に変えて形成し、超解像が発現する再生パワーで再生したそのときの、マーク列におけるＣＮＲ（ｄＢ）は表１（ＣＮＲ ｖｓ． Ｐｗ）及び図４に示されるようになった。

又、解像限界以下のサイズ（７５ｎｍ）の記録マークと解像限界以下のサイズ（７５ｎｍ）のスペースとを交互に連続して形成した後に、超解像光記録媒体１０から前記光透過層２２を剥離した状態で残った部分をＡＦＭによって観測したところ、そのＡＦＭ像において、トラックに沿って、記録マーク中心部を通る直線により得られる凹凸プロファイルが図５に示されるようになった。

又、この形成された記録マークの、各記録パワー毎の平面視でのＡＦＭ像は、図６（Ａ）〜（Ｇ）に示されるようになった。このＡＦＭ像における濃淡により凹凸が分る。即ち、濃度が高い部分が凸部、淡い部分が凹部である。本実施例では、凸の部分が反射率が低いスペースであり、凹の部分が反射率が高い記録マークとなるように超解像光記録媒体を設計し、記録マークを形成している。

この凹凸は、図５に示されるように、記録用レーザ光の記録パワーが６ｍＷ付近から、パワー増加と共に変形量が増加している。

また、図６に見られるように、平面視でのＡＦＭ像で、中心部が記録マークとしての凹部、その前後がスペースとしての凸部となるような記録をした場合に、特に高いＣＮＲ（７ｍＷ及び８ｍＷで４５ｄＢ以上）が得られていることが分かる。

なお、図６のＡＦＭ像観察においては、記録レーザパワーの入射方向、記録時の媒体の回転方向、ＡＦＭ観察時の媒体の固定方向、およびＡＦＭの探針の走査方向を調整することにより、記録レーザの移動方向は図の左側から右側であること、すなわち図の左側が先端部で右側が尾端部であることが確かめられている。

記録層２０における未記録部２９に対して、記録マーク２６（凹部）の高さの差ｈ_ｍとマーク長ＭＬとの比ｈ_ｍ／ＭＬ、記録レーザパワー及び得られたＣＮＲの値を表２に示す。表２から、ｈ_ｍ／ＭＬが−０．０１を下回るあたりより急速にＣＮＲが上昇することが分る。

次にマーク長ＭＬを変更し、同一のサンプルを用いて測定し、結果を表３、表４に示す。ＭＬはそれぞれ１１２．５ｎｍと５０ｎｍである。波長４０５ｎｍでＮＡ０．８５の光学系ではいずれも超解像サイズのマーク長である。

これらの表３、表４からは、やはり異なるサイズの超解像マークの際にも変形が生じ始めるところよりＣＮＲが急速に上昇することがわかる。良好な変形の範囲は上限としてｈｍ／ＭＬが−０．０１（ＣＮＲ≧３５ｄＢ）をあげることができる。下限としては、−０．２０をあげることができる。これ以上小さくなるとＣＮＲが低下するばかりか、トラッキングサーボが極端に不安定になるので好ましくない。

ただし、光記録媒体としては、マーク長が長くなるほど信号振幅が大きくなる方が好ましい。この点は、超解像再生を行う光記録媒体でも同様である。この観点から、マーク長が長い方のｈ_ｍが短いマークのｈ_ｍより小さくなる必要がある。

[例２]
例２に係る超解像光記録媒体は、ＰＣ基板上に、厚さ４０ｎｍのＡｇ合金膜からなる反射膜、厚さ８０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第１の誘電体層、厚さ１５ｎｍのＳｎ₅₈Ｓｂ₄₂からなる超解像層、厚さ４５ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第２の誘電体層、厚さ４ｎｍのＰｔＯｘからなる記録層、厚さ４５ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第３の誘電体層、厚さ．０．１ｍｍの光透過層をこの順で積層して構成し、前記例１と同様に記録パワーを段階的に切替えて解像限界以下のサイズの記録マークと解像限界以下のサイズのスペースとを連続的に形成して、表５から、観測結果を表１と同様にして表５に表す。

再生時のＣＮＲが最大になるときの前記記録マークとスペースの凹凸は殆ど例１の場合と同一であることが分る。又、ＣＮＲ＞３５ｄＢで、ＡＦＭによりｈがマイナスとなる変形が観測されている。

[例３]
次に、例１とは異なる光学系を用いた例３について説明する。例３において用いた光学系は、波長４０５ｎｍでＮＡ０．６５である。

超解像光記録媒体は、ポリカーボネート基板（光透過層）上に、厚さ９０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第１の誘電体層、厚さ４ｎｍのＰｔＯｘからなる記録層、厚さ４０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第２の誘電体層、厚さ１０ｎｍのＳｂ₇₅Ｔｅ₂₅からなる超解像層、厚さ８０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第３の誘電体層、厚さ４０ｎｍのＡｇ合金膜、厚さ０．０１−０．０３ｍｍの樹脂保護層を順に積層して構成したものである。

この光記録媒体に長さが超解像サイズである９８ｎｍの記録マークと同一長さのスペースとを交互に連続して記録した後に、記録済みトラックにおいて、ＣＮＲを測定した。測定後、クロロホルムにてポリカーボネート基板のみを溶解除去し、ＡＦＭにて表面形状の測定を行った。記録パワー１２ｍＷ（ＣＮＲ４４ｄＢ）の場合の表面形状を図７に示す。

図７においては３列のトラックが示されていて、各トラックには、記録マークに対応して凹部（明るい部分）が、スペースに対応して凸部（暗い部分）が交互に観測されている。表１と同様に、観測結果におけるＣＮＲとｈ_ｍ／ＭＬの関係を表６に示す。

表６からは、変形が生じるところからＣＮＲが急速に上昇することが分る。上限として、−０．０１をあげることができる。下限は、レーザーパワー上限の関係上測定ができなかった。

本発明の実施の形態の例に係る超解像光記録媒体を模式的に示す断面図 同超解像光記録媒体に情報を記録し、且つ、再生するための情報記録再生装置を示すブロック図 同超解像光記録媒体の記録層に形成された最短の記録マークを模式的に示す平面図 例１の超解像光記録媒体に記録した２Ｔマーク列における記録パワーとＣＮＲとの関係を示す線図 同マーク列の断面における凹凸を示す線図 同超解像光記録媒体に記録パワーを段階的に変えて記録した２Ｔマーク列の、平面視でのＡＦＭ像を示す線図 例１と異なる光学系を用いて記録した例２における記録マーク及びスペース列の平面視でのＡＦＭ像を示す線図

符号の説明

１０…超解像光記録媒体
１２…基板
１６…記録層
１７…トラック
２０…超解像層
２４…光透過層
２６…記録マーク
２８…スペース
２９…未記録部

Claims (4)

1. 基板と、この基板上に形成された記録層とを有してなり、前記記録層には、記録トラックに沿って、再生光学系における解像限界以下のサイズであって、且つ、該再生光学系により再生可能な記録マークが形成されていて、変調信号中の記録マークのうち少なくとも前記解像限界以下のサイズの記録マークが未記録部に対して凹部であることを特徴とする超解像光記録媒体。
2. 請求項１において、
   前記記録層における記録マークが形成されていない未記録部に対する前記記録マークの高さとマークサイズＭＬの比ｈ_ｍ／ＭＬが−０．２０≦ｈ_ｍ／ＭＬ≦−０．０１であることを特徴とする超解像光記録媒体。
3. 請求項１において、
   前記記録層における記録マークが形成されていない未記録部に対する記録マークの高さがこの記録マークよりも長い記録マークの未記録部に対する高さよりも高いことを特徴とする超解像光記録媒体。
4. 基板と、この基板上に、記録層と、超解像層と、光透過層とを、少なくとも有してなる超解像光記録媒体の前記記録層に、再生光学系における解像限界以下のサイズで、且つ、該再生光学系により再生可能な記録マーク及びスペースを形成する情報記録方法であって、
   変調信号中の記録マークのうち少なくとも解像限界以下のサイズの記録マークが未記録部に対して凹部となるように、記録に供するレーザ強度または記録に供するレーザの発光パターンを調整することにより、前記解像限界以下のサイズの記録マーク及び解像限界以下のサイズのスペースを形成することを特徴とする超解像光記録媒体への情報記録方法。