JP2007207378A - 超解像光記録媒体への情報記録方法及び超解像光記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】更に記録密度を向上させた超解像記録媒体への情報記録方法を提供する。
【解決手段】超解像光記録媒体に対して、記録用レーザー光の照射により少なくとも解像限界より小さなスペース２８を、上から見て三日月形状、且つ、トラック１７の法線方向から見た側断面が凸形状となるように形成することによって高ＣＮＲ（Ｃarrier Ｎoise Ｒatio）で情報を記録できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光記録媒体に形成されている記録マーク／スペース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／スペースを再生することができる超解像光記録媒体への情報記録方法及びこの方法により情報を記録した超解像光記録媒体に関する。

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／スペース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スペース部の長さが同一だとすると、記録マークまたはスペース長はλ／ＮＡ／４で与えられる。この長さを解像限界という。

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／スペース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、記録マーク及びスペース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への情報記録方法及びこれにより情報を記録された超解像光記録媒体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、本発明の方法により、記録用レーザー光の照射により少なくとも解像限界より小さなスペースを、上から見て三日月形状、且つ、トラックの法線方向から見た側断面が凸形状となるように形成することができ、これによって高ＣＮＲ（Ｃarrier 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、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に、記録すべき情報に基づく変調信号に応じた大きさの記録マークとスペースを形成するとともに、変調信号中の少なくとも最短記録マークとスペースが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となるように記録用レーザー光を照射する情報記録方法であって、前記記録層を、記録用レーザー光の照射により光学定数が変化し、且つ、形状変化する材料から構成し、前記解像限界以下のスペースが上から見て三日月形状、且つ、トラックの法線方向から見た側断面が凸形状となるように記録用レーザー光を照射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。

（２）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り、記録すべき情報に基づく変調信号に応じた大きさの記録マークとスペースが形成されていて、変調信号中の少なくとも最短記録マークとスペースが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となるように記録されている超解像光記録媒体であって、前記再生光学系における解像限界以下の前記スペースが上から見て三日月形状、且つ、トラックの法線方向から見た側断面が凸形状に構成されていることを特徴とする超解像光記録媒体。

この発明においては、記録用レーザー光の照射により少なくとも解像限界より小さなスペースを上から見て三日月形状、且つ、トラックの法線方向からみた側断面が凸形状となるようにすることによって高ＣＮＲ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への情報記録方法は、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、記録すべき情報に基づく変調信号に応じた大きさの記録マークを形成するとともに、記録マークの形成されないスペースを設け、変調信号中の記録マーク／スペースのうち少なくとも最短マーク／スペースが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となるように記録用レーザー光を照射する情報記録方法であって、再生光学系における解像限界以下のスペースが、上から見て三日月形状、且つ、トラックの法線方向から見た側断面が凸形状となるように記録用レーザー光を照射するものである。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マークとスペースが形成されるが、スペースの形態は、光透過層を除去したときに現れる表面のＡＦＭ像により判別される。

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。

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・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、白金と酸素に熱分解した結果、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、記録用レーザー光の照射によって、光学定数が変化し、且つ、なんらかの形状変化を生じ、再生用レーザー光の照射において、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、l／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、例えば、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。

なお、他の材料であっても、再生用レーザー光の波長に対して不透明であって、且つ熱伝導率が低い材料であればよい。

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、超解像層１６をＳｂ₇₅Ｔｅ₂₅とし、記録層２０をＰｔＯｘ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なう。

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なうようにされている。

このような、情報記録／再生装置３０により記録用レーザー光の記録パワーを変化させて、前記記録層１６記録層２０に、トラック１７に沿って最短の記録マークとスペースの組（２Ｔ）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、スペースが上から見て三日月形状であった。詳細には、記録用レーザー光の移動方向の先頭側が凸円弧２６Ａ、尾端側が凹円弧２６Ｂの三日月形状であった。

ＡＦＭ像は表面の凹凸を反映した像を表わすことから、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と同時に上から見て三日月形状、且つ、トラック１７の法線方向から見た側断面が上向き（レーザー光入射側）に凸形状となるスペースを形成していることを示している。

ここで、スペース部分が、上から見て三日月形状、且つ、トラック１７の法線方向から見た側断面が凸形状となる理由は必ずしも明らかではないが、記録マークを形成する際に、同時にスペースも形成されていると推測できる。

図３は、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５の光学系を用いたときに、７５ｎｍ（＜λ／ＮＡ／４）の超解像マーク／スペース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、超解像光記録媒体１０は、当然、７５ｎｍ以外の解像限界以下のスペース長を有していてもよいし、同一長のマーク／スペースの場合のみではなく、異なるマーク長によって、再生光学系における解像限界以下のサイズのスペース長が挟まれている場合にも適用されるものである。

例えば、（１、７）変調信号であって、２Ｔ＝３７．５ｎｍとしたときに、２Ｔ（＝３７．５ｎｍ）、 ３Ｔ（＝５０ｎｍ）、４Ｔ（＝７５ｎｍ）、５Ｔ（＝９３．８ｎｍ）、６Ｔ（＝１００ｎｍ）５種類の異なる長さのスペースを同一媒体に有することになる。また、７５ｎｍのスペース長が３００ｎｍのマーク長に挟まれているケースでも、上から見て三日月形状、且つ、トラック１７の法線方向から見た側断面が凸形状となるようなスペースを構成することで良好な特性を得ることができる。

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。このレーザパワー範囲のみ、マークの形成と同時に上から見て三日月形状、且つ、トラック１７の法線方向から見た側断面が凸形状となるようなスペースを形成することができる。特に、良好なＣＮＲが得られるようにするためには、本発明のように、再生パワー値を従来媒体（０．３−０．７ｍＷ）の２−６倍とし、再生パワー値と、それに対する記録パワーの比が所定の範囲（２．７から５．０）に設定されることが好ましい。

〔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記録マークの再生、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、再生光学系における解像限界以下のスペースが上から見た三日月形状、且つ、トラック１７の法線方向から見た側断面が凸形状となるよう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。

上記のような条件で作成した超解像光記録媒体に、７５ｎｍの記録マーク（ビームスポット径は約４８０ｎｍ）を、記録用レーザー光のパワーを８段階に変えて連続的に形成し、現在市販されている通常光ディスクのより高い再生パワーである２．２ｍＷでの最適パワーで再生した際の、マーク列におけるＣＮＲ（ｄＢ）は表１及び図４に示されるようになった。再生パワーと良好な記録パワーの比は、２．７から５．０の範囲であった。

又、記録マークを形成した後に、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、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。ここで、凹凸プロファイルにおける凸部がスペースである。このように高いＣＮＲが得られる領域では、のトラックの法線方向からみた側面において、スペース部が凸になっているのがわかる。

又、この形成された記録領域の記録パワー毎の平面視でのＡＦＭ像は、図５（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。高いＣＮＲが得られている条件は、凸部であるスペース部分が、三日月形状になっているのがわかる。

この凹凸プロファイルにおける凹凸は、図５に示されるように、記録用レーザー光の記録パワーが６ｍＷ付近から、パワー増加と共に変形量が増加しているが、１０ｍＷ近傍では、断面の深さ（凹凸）が飽和状態となっている。これは、後方の記録マークを前方の記録マークが埋めていくためである。記録マーク２６の部分は、一定以上のパワーのレーザー光照射により掘下げられ、それとほぼ同様の体積が周囲に積上げられることにより、記録マーク２６よりも高く、スペース２８が形成されている。

なお、図６のＡＦＭ像観察においては、記録用レーザー光の入射方向、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、記録用レーザー光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。

〔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と同様に記録用レーザ光の記録パワーを段階的に切替えて記録マークを連続的に形成したところ、その再生時のＣＮＲが良好なとき（＞３５ｄＢ）の記録マーク形状は殆ど例１の場合と同一であった。

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２Ｔ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、記録用レーザー光の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

符号の説明

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

Claims (2)

1. 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に、記録すべき情報に基づく変調信号に応じた大きさの記録マークとスペースを形成するとともに、変調信号中の少なくとも最短記録マークとスペースが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となるように記録用レーザー光を照射する情報記録方法であって、
   前記記録層を、記録用レーザー光の照射により光学定数が変化し、且つ、形状変化する材料から構成し、前記解像限界以下のスペースが上から見て三日月形状、且つ、トラックの法線方向から見た側断面が凸形状となるように記録用レーザー光を照射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。
2. 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り、記録すべき情報に基づく変調信号に応じた大きさの記録マークとスペースが形成されていて、変調信号中の少なくとも最短記録マークとスペースが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となるように記録されている超解像光記録媒体であって、
   前記再生光学系における解像限界以下の前記スペースが上から見て三日月形状、且つ、トラックの法線方向から見た側断面が凸形状に構成されていることを特徴とする超解像光記録媒体。

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