JP2008159228A - 光ディスク及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の光学特性を実現すると共に、微小な凸型ピットに変形等をもたらすことのない透過性反射層を具備し、高密度記録であっても良好な再生特性を実現することができる光ディスクを提供する。
【解決手段】本発明に係る光ディスクは、光入射面に対して独立して少なくとも３つの情報層を有する多層の光ディスクにおいて、光入射面から最も遠い情報層と最も近い情報層以外の情報層上に形成される反射層は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有し、かつ入射されるレーザ光の波長に対して、３．０以上の屈折率と０．６以下の消衰係数を有する、ことを特徴とする。好適には、この反射層は、Si、SiCr合金、SiNb合金、SiW合金、及びSiCから選択される少なくとも１種以上の材料から形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ディスク及びそれを再生する光ディスク装置に係り、特に片面多層型の光ディスク及びそれを再生する光ディスク装置に関する。

再生専用の光ディスクでは、情報層に予めピットと呼ばれる凹凸を形成してデータを記録している。再生時にはレーザ光を情報層に照射し、ピットからの反射光の強弱によって記録データを再生する。

光ディスクの記録密度を増加させるためには、記録再生に使用するレーザ光の波長を短くしたり、対物レンズの開口数（Numerical Aperture：ＮＡ）を大きくしたりする方法が採られる。

また、１つの光ディスクに情報層を複数形成して、入射面あたりの記録容量を高める多層化技術も用いられている。

多層光ディスクでは、他の情報層越しに目的の情報層の記録データを再生するために、入射面から最も遠い層以外のいずれの層も透光性を持つ必要がある。これらの層のデータは入射光の反射によって再生されるため、情報層上に形成される反射層は、透光性と共に検出可能な反射率を有することも併せて要求される。反射層の材料としては、従来、例えば、特許文献１等に開示されているように、Ａｌ、Ａｇ、及びこれらの化合物等が用いられている。
特開２００２−２５１８０１号公報

しかしながら、光ディスクの高記録密度化に伴って反射層に求められる透光性や反射率等の光学特性は非常に厳しくなってきており、これらの要求を総て満足する材料設計もまた非常に厳しいものとなっている。

一方、多層光ディスクの製造方法にも克服すべき課題がある。上述した透光性と反射性を併せ持つためには、一般に反射層の膜厚が薄くなるため、製造時の膜厚制御が難しくなる傾向がある。

例えば、膜厚１００ｎｍのＡｌ合金製の全反射膜は、多少の膜厚誤差があっても反射率は一定であり、透過率はゼロが維持される。これに対して、一定の反射率と透過率を示す１０ｎｍ前後の薄い透光性反射層を形成しようとする場合には、１ｎｍレベルの膜厚制御が必要となってくる。従来から一般的に反射層として用いられているＡｌ合金の性膜速度は非常に速いため、Ａｌ合金の膜厚制御は特に難しく光学特性が安定しなくなる。

他方、Ａｇ等の貴金属を主成分とする材料は膜厚制御の観点からはＡｌ合金よりも有利であるとされているが、この場合にも多層光ディスクの製造方法に起因する以下のような問題がある。

多層光ディスクは、光入射側の層から順次作成していくが、第１層は凹型のピットが形成された基板に透過性反射層をスパッタ法等によって成膜することで得られる。しかしながら、第２層以降は、第１層の上に塗布されたＵＶ硬化樹脂に、凹型のピットをもつポリカーボネイト（以下、ＰＣという）製のスタンパを押付けて凸型のピットを転写した後、透過性反射層、例えばＡｇを主成分とする透過性反射層、を形成する。このとき、凸型のピットは、その上に形成される透過性反射層の内部応力を受けて、僅かながら潰れたり変形したりする傾向がある。凹型のピットを持つ第１層の反射層形成時には起こらないこの現象は、特に２Ｔや３Ｔといった微小ピットに対して顕著な傾向をもつ。

このため、第２層以降に透過性反射層を形成する場合には、光学特性のほか内部応力も考慮した材料選択が必要となってくる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、所望の光学特性を実現すると共に、微小な凸型ピットに変形等をもたらすことのない透過性反射層を具備し、高密度記録であっても良好な再生特性を実現することができる光ディスク、およびその光ディスクを再生する光ディスク装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光ディスクは、光入射面に対して独立して少なくとも３つの情報層を有する多層の光ディスクにおいて、前記光入射面から最も遠い情報層と最も近い情報層以外の情報層上に形成される反射層は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有し、かつ入射されるレーザ光の波長に対して、３．０以上の屈折率と０．６以下の消衰係数を有する、ことを特徴とする。前記反射層は、好適にはSi、SiCr合金、SiNb合金、SiW合金、及びSiCから選択される少なくとも１種以上の材料から形成される。また、他の好適例として、前記反射層は、Al及びAgの少なくとも１種と、SiO_２、Al_２O_３、Si_３N_４、及びAlNの少なくとも1種とを組み合わせた複合材料から形成される。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る光ディスク装置は、光ディスクに対してレーザ光を照射して情報の再生を行う光ディスク装置において、前記光ディスクは光入射面に対して独立して少なくとも３つの情報層を有する多層の光ディスクであり、前記光入射面から最も遠い情報層と最も近い情報層以外の情報層上に形成される反射層は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有し、かつ前記レーザ光の波長に対して、３．０以上の屈折率と０．６以下の消衰係数を有する、ことを特徴とする。

本発明に係る光ディスク、及び光ディスク装置によれば、所望の光学特性を実現すると共に、微小な凸型ピットに変形等をもたらすことのない透過性反射層を具備し、高密度記録であっても良好な再生特性を実現することができる。

本発明に係る光ディスク、及び光ディスク装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

（１）光ディスクの製造方法及び構造
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る光ディスク１００の製造方法の一例及び構造例を説明する図である。光ディスク１００は、少なくとも３つの情報層を有する再生専用の多層光ディスクであるが、以下の説明では片面３層構造を持つ光ディスク１００を例として説明する。

図１は、原盤製造工程とポリカーボネイト基板（以下、ＰＣ基板という）を射出成型する工程の一例を示す図である。なお、図１では工程の途中で随時行われる表面クリーニング処理等の細部工程は省略している。また、３つの情報層に記録されるピット形状は実際には情報の内容によって夫々異なるが、図１及び図２では同じ形状として図示している。

各層に記録される情報は、Siウェハ１の上に塗布されたレジスト２に、露光装置を使って夫々個別に記録される（図１（ａ）、（ｂ））。

露光後のSiウェハ１は、エッチング溶液に浸され、露光部のみが溶出して凹型のピット２ａが形成される（図１（ｃ））。

その後、ニッケル（Ni）スパッタとメッキ処理によって、凸型ピット３ａが転写されたNi製スタンパ３が作製される（図１（ｄ））。Ni製スタンパ３は、実際には３つの情報層に対応して３種類作製される。

作製された３種類のNi製スタンパ３を射出成型機に順次装着し、所定の厚さ（例えば、ＤＶＤの場合は０．６ｍｍ）のＰＣ基板４１、４２、４３を成型する（図１（ｅ））。

ここで、ＰＣ基板４１は第１層用の、ＰＣ基板４２は第２層用の、またＰＣ基板４３は第３層用の情報を夫々有しているものとする。各ＰＣ基板４１、４２、４３には、夫々の層の情報に対応した凹型のピット４１ａ、４２ａ、４３ａが転写されている。

次に、図２を用いて、片面３層の光ディスク１００を製造する工程、及び光ディスク１００の構造を説明する。光ディスク１００は、図２において下から第１層、第２層、第３層となっており、第１層から順次形成していく。なお、光ディスク１００の再生時にはレーザ光は図２において下方から照射される。

まず、第１層用のピット４１ａが記録されたＰＣ基板４１に対して、光学設計で決定された膜厚の反射層１１をスパッタリングで形成して第１層が完成する。

次に、第１層の上にＵＶ硬化樹脂１２を塗布し、第２層用の情報が記録されたＰＣ基板４２をＵＶ硬化樹脂１２に押付けて情報を転写する。第２層では、ＰＣ基板４２を光ディスク１００の構成として用いるのではなく、ＵＶ硬化樹脂１２に対するスタンパとして利用している。このため、第１層の情報ピット４１ａが凹型であったのに対して、第２層では、凸型ピット１２ａとしてＵＶ硬化樹脂１２に転写されている。

この凸型ピット１２ａの上に、本発明の実施形態に係る反射層１３を形成する。即ち、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有し、かつ光源のレーザ波長に対して３．０以上の屈折率と０．６以下の消衰係数をもつ第２層（光入射面から最も遠い情報層と最も近い情報層以外の情報層）用の透過性反射層１３をスパッタリングで形成する。膜厚は、必要とする反射率と透過率を満足するように光学計算によって決められる。

透過性反射層１３の材料としては、Si、SiCr合金、SiNb合金、SiW合金、及びSiCから選択される少なくとも１種以上の材料が好適である。また、Al及びAgの少なくとも１種と、SiO_２、Al_２O_３、Si_３N_４、及びAlNの少なくとも1種とを組み合わせた複合材料も好適である。なお、上記の光学定数の範囲であれば他の材料でもよい。

従来、透過性反射層の材料として、AlやAgを主成分とする材料が用いられていた。AlやAgは、成膜速度が速く、正確な膜厚制御が難しい。これに対して、上記の本実施形態に係る透過性反射層１３の材料はAlやAgに比べると成膜速度が遅く、膜厚制御が容易である。

また、Agを主成分とする材料は一般に薄膜の内部応力が大きい。このため、第２層のように凸型ピット１２ａが形成された樹脂層１２の上からAgを主成分とする材料で反射層を形成すると、凸型ピット１２ａが潰されたり変形したりするという問題があった。特に、２Ｔや３Ｔのように小さなピットの場合この傾向が顕著であった。

これに対して、上記の本実施形態に係る透過性反射層１３の材料はAgに比べると内部応力が小さく、これらの材料で形成された透過性反射層１３は、樹脂層１２に転写された凸型ピット１２ａを潰したり、変形させたりすることがない。

最終層である第３層は、すでに成型された第３層用の情報ピット４３ａをもつＰＣ基板４３の上に全反射の反射層１５を成膜して別途作製する。先ほど作製した第２層用の反射層１３の上にＵＶ硬化樹脂１４を塗布し、この上から別途作製した第３層用のＰＣ基板４３と反射層１５を、反射層１５を下向きにして張り合わせる。

以上で片面３層の光ディスク１００が完成する。

（２）実施例１
上記の製造工程に基づいて実際に光ディスク１００を製造し、その性能確認を行った結果について以下に説明する。

図３は、本発明の実施例１として製造した光ディスク１００の構造を示す図である。

凹型の情報ピット２０ａが形成された厚さ５８０μｍのＰＣ基板２０に、Ag_９８Pd_１Cu_１（元素記号に付した数字は原子比を表わしている。以下同様である）の反射層２１をＤＣマグネトロンスパッタ法にて１７ｎｍ成膜し、第１層を形成した。成膜には３秒を要した。この上に、厚さ１５μｍのＵＶ硬化樹脂２２をスピンコータで塗布し、さらにＵＶ硬化樹脂２２の上から、第２層用の情報ピットをもつＰＣ基板を押付けて凸型のピット２２ａを樹脂上に転写した。その後ＵＶ光を用いてＵＶ硬化樹脂２２を硬化させた。

次に、本実施形態に係る反射層２３として、CrSi_２を材料としてＤＣマグネトロンスパッタ法にて１２ｎｍ成膜した。成膜には８秒を要した。

一方、上記工程とは別に、第３層用の情報が凹型ピット２６ａとして記録された厚さ６００μｍのＰＣ基板２６に、厚さ１００ｎｍの第３層用反射層２５をＤＣマグネトロンスパッタ法にて成膜した。成膜には６秒を要した。これを、厚さ２０μｍのＵＶ硬化樹脂２４を介して、先に用意した第１層と第２層を有するＰＣ基板２０と張り合わせ、実施例としての光ディスク１００を完成させた。実施例のその他の物理的な仕様は、図４に示す表に記載した。

作製した光ディスク１００を、図５に示す表の条件で評価した。評価指標としては、ＰＲＳＮＲ（Partial Response Signal to Noise Ratio）を用いた。ＰＲＳＮＲは、ＤＶＤフォーラムが定めたＨＤ ＤＶＤに対する評価指標であり、再生信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）、及び実際の再生波形と理論的なＰＲ波形線形性を同時に表現できる指標である。再生専用のＨＤ ＤＶＤ（ＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭ）の規格では、ＰＲＳＮＲは１５以上であることが要求されている。

作製した光ディスク１００のＰＲＳＮＲを測定した結果、第１層が１８、第２層が１８、第３層が２１であった。何れも規格の１５以上を満足する結果であり、本実施形態に係る第２層の材料の効果が明らかになった。

（３）比較例１
本発明の実施例１に対する比較例として、第２層の反射層の材料のみが異なり、他は総て実施例１と同じ構成の比較用片面３層光ディスクを作製した。第２層の反射層の材料として、Ag_９８Pd_１Cu_１（厚さ１７ｎｍ）を用いたディスクＡを１枚と、Al_９９Mo_１（厚さ１０ｎｍ）を用いたディスクBを１０枚作製した。これらのディスクを図５の表に示す条件で評価した。

ディスクＡのＰＮＳＮＲは、第１層が１８、第２層が１０、第３層が２１という結果であり、第２層が規格値の１５以上を満足できなかった。

このとき、ピット形状の指標として用いられるシンメトリＳを求めたとこり、第２層に対しては、−０．０９となっており、理想的な値であるゼロからずれていることがわかった。ここで、シンメトリＳは、次式で表わされる指標である。

Ｓ＝（（I２H＋I２L）/２−（I１１H＋I１１L）/２）/（I１１H−I１１L） (式１)
（式１）の分子は、再生信号のうち最も大きな振幅となる１１Ｔピットの振幅の中心値と最も小さな振幅となる２Ｔピットの中心値との差を表わしている。また分母は１１Ｔピットの振幅を表わしている。（式１）からわかるように、１１Ｔピットの再生信号と２Ｔピットの再生信号の夫々の中心値が一致していればシンメトリＳはゼロとなり、夫々の中心値がずれている場合はシンメトリＳがゼロから離れた値となる。

従って、ディスクＡの第２層では、２Ｔピットからの再生信号の強度が小さくなり、この結果２Ｔピット信号の中心値が１１Ｔピット信号の中心値からずれたと考えられる。

この原因として、Ag_９８Pd_１Cu_１の内部応力によって、比較的小さな凸型の２Ｔピットが変形したことが考えられる。

次に、ディスクＢ１０枚に対する評価結果を図６の表にまとめて示す。ディスクＢ-３とディスクＢ-８は他と比べて反射率が低く、ＰＲＳＮＲも規格を下回っている。このとき、ディスクＢのシンメトリＳは、１０枚とも±０．０１以内であり、シンメトリＳとしては問題ないことを確認している。

１０枚とも同様の構成で作製したにもかかわらず、このようなバラつきが生じたのは、第２層に用いたAl_９９Mo_１反射層の成膜速度が原因している。光学条件から１７ｎｍの膜厚となったAg_９８Pd_１Cu_１（ディスクＡ）の成膜時間が３秒であったのに対して、厚さ１０ｎｍのAl_９９Mo_１（ディスクＢ）は、僅か１．３秒で成膜される。このため、スパッタ時間誤差による膜厚変化が大きくなり、結果として反射率の変動が生じ特性のバラつきが発生したと考えている。

このように、本比較例を通して、光学条件を満足したとしても、薄膜の内部応力や成膜速度が影響して光ディスクとしての特性に悪影響を与えることがわかった。

（４）実施例２
第２層用の材料として、NbSi_２（厚さ１５ｎｍ）を用い、他は総て実施例１と同じ構成による光ディスク１００を本発明の実施例２として作製した。作製した光ディスク１００を同じく図５の表に示す条件で評価した。ＰＲＳＮＲは、第１層が１９、第２層が１９、第３層が２１を夫々示し、いずれも規格値である１５以上を満足した。実施例２からも、本発明に係る第２層用の材料の効果が明らかになった。

このように、本実施形態に係る光ディスク１００によれば、評価指標としてのＰＲＳＮＲに優れた光ディスク１００を提供することが可能となる。さらに、製造マージンが大きく、再現性の高い安定した光ディスク１００を提供することができる。

（５）光ディスク装置
図７は、本発明の一実施形態に係る光ディスク装置２００の構成例を示す図であり、前述した片面多層の光ディスク１００を再生する装置である。

光源には短波長の半導体レーザ光源１２０が用いられる。その出射光の波長は、例えば４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲の紫色波長帯のものである。半導体レーザ光源１２０からの出射光１０２は、コリメートレンズ１２１により平行光となり偏光ビームスプリッタ１２２、λ／４板１２３を透過して、対物レンズ１２４に入射される。その後、光ディスク１００の基板を透過し、各情報記録層に集光されるようになっている。光ディスク１００の情報記録層による反射光１０１は、再び光ディスク１００の基板を透過し、対物レンズ１２４、λ／４板１２３を透過し、偏光ビームスプリッタ１２２で反射された後、集光レンズ１２５を透過して光検出器１２７に入射される。

光検出器１２７の受光部は、通常複数に分割されておりそれぞれの受光部から光強度に応じた電流を出力する。出力された電流は、図示しないＩ／Ｖアンプ（電流電圧変換）により電圧に変換された後、演算回路１４０に入力される。入力された電圧信号は、演算回路１４０によりチルト誤差信号及びＲＦ信号及びフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号などに演算処理される。

チルト誤差信号はチルト制御を行うためのものであり、ＲＦ信号は光ディスクＤに記録された情報を再生するためのものであり、フォーカス誤差信号はフォーカス制御を行うためのものであり、またトラック誤差信号はトラッキング制御を行うためのものである。

対物レンズ１２４はアクチュエータ１２８にて上下方向、ディスクラジアル方向、およびチルト方向(ラジアル方向または／およびタンジェンシャル方向)に駆動可能であり、サーボドライバ１５０によって光ディスク１００上の情報トラックに追従するように制御される。なお、チルト方向には２種類ある。光ディスクの中心に向かってディスク面が傾くことで生じる「ラジアルチルト」と、トラックの接線方向に生じる「タンジェンシャルチルト」とがある。このうちディスクの反りで一般に生じるのはラジアルチルトである。単にディスク製造時に生じるチルトだけではなく、経年変化や使用環境の急変で生じるチルトも考慮する必要がある。このような光ディスク装置２００を用いて、本発明の実施形態に係る片面多層光ディスク１００を再生することができる。

なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の一実施形態に係る光ディスクの製造方法の一例を説明する図であり、原盤製造工程とポリカーボネイト基板を射出成型する工程例を示す図。 本発明の一実施形態に係る光ディスクの製造方法の一例を示すと共にその構造例を示す図。 本発明の一実施形態の実施例として作製した光ディスクの構造例を示す図。 実施例に係る光ディスクの物理的な仕様を示す表。 実施例に係る光ディスクの評価試験の条件を示す表。 本発明に係る光ディスクの比較用として作製した比較例の光ディスクに対する評価試験結果を示す表。 本発明の一実施形態に係る光ディスク装置の構成例を示す図。

符号の説明

１００ 光ディスク
１１ 第１層用の反射層
１２ ＵＶ硬化樹脂
１３ 第２層用の反射層（本発明に係る反射層）
１４ ＵＶ硬化樹脂
１５ 第３層用の反射層（全反射層）
４１ 第１層用のＰＣ基板
４３ 第３層用のＰＣ基板
２００ 光ディスク装置

Claims (6)

1. 光入射面に対して独立して少なくとも３つの情報層を有する多層の光ディスクにおいて、
   前記光入射面から最も遠い情報層と最も近い情報層以外の情報層上に形成される反射層は、
   ５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有し、かつ
   入射されるレーザ光の波長に対して、３．０以上の屈折率と０．６以下の消衰係数を有する、
   ことを特徴とする光ディスク。
2. 前記反射層は、
   Si、SiCr合金、SiNb合金、SiW合金、及びSiCから選択される少なくとも１種以上の材料から形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
3. 前記反射層は、
   Al及びAgの少なくとも１種と、SiO_２、Al_２O_３、Si_３N_４、及びAlNの少なくとも1種とを組み合わせた複合材料から形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
4. 光ディスクに対してレーザ光を照射して情報の再生を行う光ディスク装置において、
   前記光ディスクは光入射面に対して独立して少なくとも３つの情報層を有する多層の光ディスクであり、
   前記光入射面から最も遠い情報層と最も近い情報層以外の情報層上に形成される反射層は、
   ５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有し、かつ
   前記レーザ光の波長に対して、３．０以上の屈折率と０．６以下の消衰係数を有する、
   ことを特徴とする光ディスク装置。
5. 前記反射層は、
   Si、SiCr合金、SiNb合金、SiW合金、及びSiCから選択される少なくとも１種以上の材料から形成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の光ディスク装置。
6. 前記反射層は、
   Al及びAgの少なくとも１種と、SiO_２、Al_２O_３、Si_３N_４、及びAlNの少なくとも1種とを組み合わせた複合材料から形成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の光ディスク装置。

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