JP2699690B2 - 光学的情報記録用媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザー光など光ビーム
の照射により、高速かつ高密度に情報を記録、消去、再
生可能な光学的情報記録用媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報量の増大、記録・再生の高密
度・高速化の要求にこたえる記録媒体として、レーザー
光線を利用した光ディスクが開発されている。光ディス
クには、一度だけ記録が可能な追記型と、記録・消去が
何度でも可能な書換え型がある。書換え型光ディスクと
しては、光磁気効果を利用した光磁気記録媒体や、可逆
的な結晶状態の変化を利用した相変化媒体があげられ
る。相変化媒体は、外部磁界を必要とせず、レーザー光
のパワーを変調するだけで、記録・消去が可能である。

【０００３】さらに、消去と再記録を単一ビームで同時
に行う、１ビームオーバーライトが可能であるという利
点を有する。１ビームオーバーライト可能な相変化記録
方式では、記録膜を非晶質化させることによって記録ビ
ットを形成し、結晶化させることによって消去を行う場
合が一般的である。このような、相変化記録方式に用い
られる記録層材料としては、カルコゲン系合金薄膜を用
いることが多い。例えば、Ｇｅ−Ｔｅ系、Ｇｅ−Ｔｅ−
Ｓｂ系、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ系合金
薄膜等があげられる。

【０００４】一般に、書換え型の相変化記録媒体では、
相異なる結晶状態を実現するために、２つの異なるレー
ザー光パワーを用いる。この方式を、非晶質ビットと結
晶化された消去・初期状態で記録・消去を行う場合を例
にとって説明する。結晶化は、記録層の結晶化温度より
十分高く、融点よりは低い温度まで記録層を加熱するこ
とによってなされる。この場合、冷却速度は結晶化が十
分なされる程度に遅くなるよう、記録層を誘電体層では
さんだり、ビームの移動方向に長い楕円形ビームを用い
たりする。

【０００５】一方、非晶質化は記録層を融点より高い温
度まで加熱し、急冷することによって行う。この場合、
上記誘電体層は十分な冷却速度（過冷却速度）を得るた
めの放熱層としての機能も有する。さらに、上述のよう
な、加熱・冷却過程における記録層の溶融・体積変化に
伴う変形や、プラスチック基板への熱的ダメージを防い
だり、湿気による記録層の劣化を防止するためにも、上
記誘電体層からなる保護層は重要である。保護層材料の
材質は、レーザー光に対して光学的に透明であること、
融点・軟化点・分解温度が高いこと、形成が容易である
こと、適度な熱伝導性を有するなどの観点から選定され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、保護層
が十分な耐熱性および機械的強度を有していないなどの
原因のため、記録・消去を繰り返すうちに、保護層、記
録層および基板が変形したり、誘電体保護層の界面には
がれが生じるなどし、記録・消去の繰り返し回数ととも
にＣ／Ｎ比が小さくなるなどの問題点がある。保護層と
して優れた物性をもつ膜であるか否かは、材料以外に成
膜条件によるところが大きい。本発明者らは、上記誘電
体保護膜として酸化タンタルを用いて、数々の成膜条件
で検討を行った結果、耐熱性・機械的強度に優れる誘電
体薄膜を見いだし本発明に到達した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の誘
電体保護層として特定の酸化タンタルを用いた場合、優
れた誘電体保護膜が得られることを見出し本発明を完成
した。すなわち、本発明の要旨は、レーザー光の照射に
より非晶質と結晶間の相転移を用いて情報を可逆的に記
録・消去できる光学的情報記録用媒体において、基板上
にすくなくとも酸化タンタル保護層、記録層および酸化
タンタル保護層をこの順に積層してなり、前記酸化タン
タル保護層が該レーザー光に対して実質的に透明であ
り、かつその密度を７．２５ｇ／cm³ 以上としたことを
特徴とする光学的情報記録用媒体に存する。

【０００８】本発明において用いられる基板としては、
ポリカーボネート、アクリル、ポリオレフィン等の透明
樹脂、あるいはガラス等があげられる。保護層は酸化タ
ンタルからなり、その厚みは各々１００Åから５０００
Åの範囲であることが望ましい。酸化タンタルの厚みが
１００Å以下であると、基板や記録膜の変形防止効果が
不十分であり、保護層としての役目をなさない。一方、
プラスチック基板を用いた場合、５０００Å以上では、
酸化タンタル自体の内部応力や基板との弾性特性の差が
顕著になって、クラックが発生しやすくなる。保護層は
記録層を直接又は間接的に挟む位置に２層設けられる。

【０００９】記録層はカルコゲン系合金薄膜を用いるこ
とが多い。その厚みは通常１００Åから１０００Åの範
囲に選ばれる。記録層の厚みが１００Åより薄いと十分
なコントラストがえられず、一方１０００Åを越すとク
ラックが生じ易くなる。なお、記録層及び保護層の厚み
は多層構成にともなう干渉効果も考慮して、レーザー光
の吸収効率がよく、記録信号の振幅すなわち記録状態と
未記録状態のコントラストが大きくなるように選ばれ
る。

【００１０】さらに光学的反射層および熱変形防止のた
めのハードコート層を記録層の基板が設けられているの
とは反対側に設けてもよい。ハードコート層の代わりに
接着層を設けて保護基板あるいは、もう一枚の記録媒体
と貼りあわせてもよい。光学的反射層は通常反射率の高
い、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属薄膜が用いられ
る。この場合記録層及び保護層の厚みは、反射層を含め
た干渉効果を考慮して決定される。なお、反射層は、記
録層が吸収した熱エネルギーの拡散を促進する効果もあ
る。

【００１１】記録層、保護層、反射層はスパッタリング
法などによって形成される。記録膜用ターゲット、保護
膜用ターゲット、必要な場合には反射層材料用ターゲッ
トを連続した真空チャンバー内に設置したインライン装
置で膜形成を行うことが各層間の酸化や汚染を防ぐ点で
望ましい。また、生産性の面からもすぐれている。酸化
タンタル薄膜は、Ｔａターゲットを用い、酸素ガスと不
活性ガスの混合ガス雰囲気中で直流、または高周波電力
を印加し、反応性スパッタを行うことによって形成され
る。あるいは、Ｔａ₂ Ｏ₅ ターゲットを用い高周波電力
を印加してスパッタを行うことによって形成される。

【００１２】膜の物性は成膜時の真空容器内の圧力、気
体流量、放電パワー等により変化する。本発明者らは検
討を重ねた結果、密度を大きくすることにより、耐熱
性、機械的強度の面で、保護層として優れた酸化タンタ
ル膜を得ることができることを見出した。その理由は必
ずしも明らかではないが、密度が大きくバルク値（８．
７８ｇ／cm³)に近い膜は緻密であり、膜中の空隙率が少
なくなるため、記録、消去の繰り返し時の膜変形が抑制
されるためと考えられる。

【００１３】酸化タンタル膜の密度は、主として成膜時
の不活性ガス、あるいは不活性ガスと酸素ガスとの混合
ガスの全圧によって決まる。すなわち全圧が低いほど高
密度の膜が得られるが、一般的には薄膜ではバルク値の
９０％程度の密度の膜を得ることができる。なお、成膜
時の真空容器内圧力が同じでも、酸素ガス流量比を小さ
くすること、放電パワーを大きくすることにより、膜の
密度を大きくすることができる。しかし成膜条件によっ
ては酸素の欠損により密度が大きくなる場合があり、こ
の場合には記録・消去の繰り返し時の特性の向上は見ら
れない。

【００１４】酸素欠損により密度が大きくなった膜は消
衰係数が大きくなる。したがって、酸化タンタル膜の密
度を大きくし、かつ、実質的に消衰係数を０とすること
により、保護層として優れた膜を得ることができる。な
お、この反応性スパッタ法で形成した酸化タンタルの成
膜速度は、他の酸化膜や窒化膜等に比較して２から５倍
の値となり、生産性にすぐれるという利点をも有する。
本発明で用い得る酸化タンタルの保護層の密度は７．２
５ｇ／cm³ 以上であること及び実質的に透明、すなわ
ち、レーザー光を実質的に透過することが必要である。
これは一般的には目視により着色の有無を確認すれば良
い。

【００１５】また、膜の密度が大きい方が機械的強度を
あらわすと考えられるヌープ硬度も大きくなる。特に、
ヌープ硬度が５００以上のとき、記録・消去の繰り返し
によるＣ／Ｎ比等の低下が少ない優れた誘電体保護膜が
得られる。また、記録層上部に設けた酸化タンタル膜の
圧縮応力が２．０×１０⁹dyn/cm²以上４．０×１０⁹dyn
/cm²以下の場合に経時安定性に優れる。内部応力につい
ては成膜時の全圧が低い方が圧縮応力は大きくなる。応
力が大きいと膜に亀裂やふくれが生じたり、本発明で用
いたディスクのように複数の層が積み重なっている場
合、層間の応力の違いにより界面に剥離を生じる事があ
る。熱的、機械的に強固な膜を得るためには前述のよう
に成膜時圧力を低くすべきであるが、同時に圧縮応力が
大きくなるため剥離がおきやすくなる。本発明における
記録媒体では特に記録層上部の保護層の圧縮応力が大き
すぎると剥離がおきやすくなる。従って、上部誘電体層
の圧縮応力を４．０×１０⁹dyn/cm²以下とすることが望
ましい。

【００１６】

【作用】密度の高い酸化タンタル保護膜は耐熱性、機械
的強度に優れた保護膜であって、高密度記録、消去、再
生が可能な記録媒体が得られる。

【００１７】

【実施例】以下に実施例、比較例をあげ、本発明をより
具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定され
るものではない。実施例および比較例において酸化タン
タルの密度は成膜前後の重量変化を膜の体積で割ること
により算出した。応力はＳｉ基板上に膜をつけた場合の
成膜前後の基板のそりの変化をストレスゲージ（アイオ
ニック・システムズ社製３０１１４）を用いて求めた。
また、吸収の有無は膜の目視によって判断した。吸収が
認められるものは色あいが茶色になる。また、ヌープ硬
度はＪＩＳ Ｚ−２２５１に準拠した試験方法により、
硬度計（アカシ社製ＭＶＫ１Ｓ）を用いて求めた。

【００１８】実施例１ ポリカーボネート基板をスパッタリング装置に導入し４
×１０^-4Ｐａ以下まで排気した後、Ａｒガスを１４５sc
cm、Ｏ₂ ガスを４８sccm導入し、全圧を０．２８Ｐａ、
直流電流を１．３Ａに設定しＴａターゲットをスパッタ
リングすることにより酸化タンタル膜を１０００Å形成
した。この酸化タンタル膜の密度は７．８５ｇ／cm³ 、
硬度は５６３であった。チャンバーを一度排気した後Ａ
ｒガスを１５０sccm導入し、全圧を０．４Ｐａ、放電電
流を０．８Ａとし、Ｔｅ₅₄Ｇｅ₁₂Ｓｂ₃₄ターゲットをス
パッタリングすることにより記録層を７００Å形成し
た。

【００１９】チャンバーを再度排気した後、Ａｒガス流
量を１４５sccm、Ｏ₂ ガス流量を４８sccm、全圧を０．
２８Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設定し、Ｔａターゲッ
トをスパッタリングすることにより酸化タンタル膜を１
５００Å形成した。この保護層の密度は７．８５ｇ／cm
³ 、硬度は５６３、圧縮応力は３．７×１０⁹dyn/cm²で
あり、目視において透明であった。さらに再度チャンバ
ーを排気した後、Ａｒガスを１５０sccm導入し、全圧を
０．５５Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設定しＡｌ合金タ
ーゲットをスパッタリングすることによりＡｌ合金膜を
５００Å形成した。以上の３層を形成した後、ＵＶ硬化
樹脂からなるハードコート層を４μｍ設けた。

【００２０】このようにして作成したディスクの、記録
・消去の繰り返しによるＣ／Ｎ等の特性の劣化を測定し
た。測定条件は次のとおりである。線速度１０ｍ／ｓで
ディスクを回転させ、記録パワー１５ｍＷ、消去パワー
８ｍＷからなる４ＭHz、duty５０％のレーザー光を同一
トラックに繰り返し回数回照射し、Ｃ／Ｎ比等の特性を
測定した。その結果、繰り返し回数１回後のＣ／Ｎ比５
５．５dB、繰り返し回数１０⁵ 回後のＣ／Ｎ比５５．１
dBを得た。また、このディスクを温度８５°Ｃ、湿度８
５％ＲＨの環境下に５０時間おいて加速試験を行ったと
ころ剥離は見られなかった。

【００２１】実施例２ 基板に近い保護層、記録層、反射層、ハードコート層は
実施例１と同様に形成し、基板から遠い側の保護層につ
いては、Ａｒガス流量を１４５sccm、Ｏ₂ ガス流量を４
８sccm、全圧を０．４Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設定
し、Ｔａターゲットをスパッタリングすることにより酸
化タンタル膜を１５００Å形成した。密度は７．２５ｇ
／cm³ 、硬度は５１６、圧縮応力は２．０×１０⁹dyn/c
m²であり、目視において透明であった。実施例１と同様
の評価を行った結果、繰り返し回数１回後のＣ／Ｎ比５
４．６dB、繰り返し回数１０⁵ 回後のＣ／Ｎ比５３．５
dBを得た。実施例１と同じ加速試験を行ったところ剥離
は見られなかった。

【００２２】比較例１ 基板に近い保護層、記録層、反射層、ハードコート層は
実施例１と同様に形成し、基板から遠い保護層について
は、Ａｒガス流量を１４５sccm、Ｏ₂ ガス流量を４８sc
cm、全圧を０．５Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設定し、
Ｔａターゲットをスパッタリングすることにより酸化タ
ンタル膜を１５００Å形成した。密度は６．９５ｇ／cm
³ 、硬度は４９５、圧縮応力は０．６×１０⁹dyn/cm²で
あり、目視において透明であった。実施例１と同様の評
価を行った結果、繰り返し回数１回後のＣ／Ｎ比は５
４．１dBであったが、繰り返し回数１０⁵ 回後にはＣ／
Ｎ比が２０．５dBにまで低下した。

【００２３】比較例２ 基板に近い保護層、記録層、反射層、ハードコート層は
実施例１と同様に形成し、基板から遠い保護層について
は、Ａｒガス流量を１４５sccm、Ｏ₂ ガス流量を４８sc
cm、全圧を０．６５Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設定
し、Ｔａターゲットをスパッタリングすることにより酸
化タンタル膜を１５００Å形成した。密度は６．５６ｇ
／cm³ 、硬度は４３９、圧縮応力は０．１×１０⁹dyn/c
m²であり、目視において透明であった。実施例１と同様
の評価を行った結果、繰り返し回数１回後のＣ／Ｎ比は
５７．１dBであったが、繰り返し回数１０⁵ 回後にはＣ
／Ｎ比が２３．６dBにまで低下した。

【００２４】実施例３ 基板に近い保護層、記録層、反射層、ハードコート層は
実施例１と同様に形成し、基板から遠い保護層について
は、Ａｒガス流量を１５０sccm、全圧を０．２８Ｐａ、
印加電力を５００Ｗに設定し、Ｔａ₂ Ｏ₅ ターゲットを
スパッタリングすることにより酸化タンタル膜を１５０
０Å形成した。密度は７．９５ｇ／cm³ 、硬度は６６
７、圧縮応力は７．２×１０⁹dyn/cm²であった。目視で
茶色の着色が認められたが実施例１と同様の評価を行っ
た結果、繰り返し回数１回後のＣ／Ｎ比は５６．７dBで
あり、繰り返し回数１０⁵ 回後のＣ／Ｎ比は５２．５dB
であった。

【００２５】比較例３ 記録層、基板から遠い保護層、反射層、ハードコート層
は実施例１と同様に形成し、基板に近い保護層について
は、Ａｒガス流量を１４５sccm、Ｏ₂ガス流量を４８scc
m、全圧を０．６５Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設定
し、Ｔａターゲットをスパッタリングすることにより酸
化タンタル膜を１０００Å形成した。密度は６．５６ｇ
／cm³であり、目視において透明であった。実施例１と
同様の評価を行った結果、繰り返し回数１回後のＣ／Ｎ
比は４８．１dBであったが、繰り返し回数１０⁵回後に
はＣ／Ｎ比は１４．０dBにまで低下した。

【００２６】比較例４ 記録層、反射層、ハードコート層は実施例１と同様に形
成し、基板に近い保護層、及び基板から遠い保護層につ
いては、Ａｒガス流量を１４５sccm、Ｏ₂ガス流量を４
８sccm、全圧を０．６５Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設
定し、Ｔａターゲットをスパッタリングすることにより
酸化タンタル膜をそれぞれ１０００Å、１５００Å形成
した。いずれの層も密度６．５６ｇ／cm³、硬度４３
９、圧縮応力は０．１×１０⁹dyn/cm²であり、目視にお
いて透明であった。実施例１と同様の評価を行った結
果、繰り返し回数１回後のＣ／Ｎ比は４５．７dBであっ
たが、繰り返し回数１０⁴回後にはＣ／Ｎ比は２１．５d
Bにまで低下した。

【００２７】実施例４ 記録層、反射層、ハードコート層は実施例１と同様に形
成し、基板に近い保護層、及び基板から遠い保護層につ
いては、Ａｒガス流量を７２sccm、Ｏ₂ ガス流量を２４
sccm、全圧を０．２Ｐａ、直流電流を１．３Ａに設定
し、Ｔａターゲットをスパッタリングすることにより酸
化タンタル膜をそれぞれ１０００Å、１５００Å形成し
た。いずれの層も密度７．７５ｇ／cm³ 、硬度６４０、
圧縮応力は５．１×１０⁹dyn/cm²であり、目視において
透明であった。実施例１と同様の評価を行った結果、繰
り返し回数１回後のＣ／Ｎ比は５８．７dB、繰り返し回
数１０⁵ 回後のＣ／Ｎ比は５７．３dBを得た。実施例１
と同じ加速試験を行ったところ多少の剥離が見られた。

【００２８】

【発明の効果】以上のように保護層として密度が７．２
５ｇ／cm³ 以上の透明な酸化タンタル膜を用いた場合、
優れた保護膜を得ることができ、耐久性に優れ、高速記
録、高密度記録が可能な光学的情報記録用媒体を提供し
得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 孝志 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三菱化成株式会社総合研究所内 (72)発明者 鈴木 奈津子 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三菱化成株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平４−41293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−281139（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光の照射により非晶質と結晶間
   の相転移を用いて情報を可逆的に記録・消去できる光学
   的情報記録用媒体において、基板上にすくなくとも酸化
   タンタル保護層、記録層および酸化タンタル保護層をこ
   の順に積層してなり、酸化タンタル保護層が該レーザー
   光に対して実質的に透明であり、かつその密度を７．２
   ５ｇ／cm³ 以上としたことを特徴とする光学的情報記録
   用媒体。