JP3214210B2 - 光学的情報記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光線等の光学
的手段を用いて情報を高速かつ高密度に記録、再生する
光学的情報記録媒体及びその製造方法に関し、特に、相
変化型光ディスク及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー光線を利用して高密度な情報の
再生あるいは記録を行う技術は公知であり、主に光ディ
スクとして実用化されている。

【０００３】光ディスクは、再生専用型、追記型及び書
き換え型に大別される。再生専用型はコンパクトディス
クやレーザーディスクとして、また追記型や書き換え型
は文書ファイル、データファイル等として実用化されて
いる。

【０００４】書き換え型光ディスクは、主に光磁気型と
相変化型に分類される。相変化型光ディスクは、レーザ
ー光線の照射によって、記録層がアモルファスと結晶と
の間（あるいは結晶とさらに異なる構造の結晶との間）
で可逆的に状態変化を起こすことを利用する。レーザー
光線の照射により、薄膜の屈折率あるいは消衰係数のう
ち少なくともいずれか一つが変化して、それによって信
号が記録される。この記録層の状態が変化した部分で
は、透過光あるいは反射光の振幅が変化し、その結果、
検出系に至る透過光量あるいは反射光量が変化する。こ
の光量の変化を検出して、信号を再生する。アモルファ
スと結晶との間で状態変化を起こす材料としては、Ｔ
ｅ、Ｓｅ、Ｉｎ、Ｓｂ等の合金が主に用いられている。

【０００５】相変化型光ディスクは、基板上に誘電体
層、記録層、また反射層等を蒸着法、あるいはスパッタ
リング法により積層して製造する。蒸着法に比べてスパ
ッタリング法は、基板と層の密着性がよい、層厚や層の
組成の再現性が高い、大面積で均一性の高い層が得られ
る、などの長所を有するので、一般には、相変化型光デ
ィスクの製造にはスパッタリング法が使用されている。
このスパッタリング法においては、従来、一般に放電ガ
スとして安価なＡｒガスが用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
Ａｒガスを利用したスパッタリングによる従来技術の形
成方法で製造された相変化型光ディスクには、繰り返し
オーバーライト動作に起因する劣化現象のために、記録
と消去のサイクルに限界があるという課題がある。この
劣化現象の一つが、繰り返しオーバーライト動作により
記録層の中にｖｏｉｄが凝集・成長して、その結果、信
号振幅の低下やノイズの増加などの問題を引き起こすと
いう現象である。

【０００７】上記のＶｏｉｄの発生原因としては、次の
２点が考えられる。第１に、スパッタリングによる記録
層の形成工程中に記録層中に取り込まれたＡｒが、次第
に析出・凝集することによって、Ｖｏｉｄが発生する
（堀江、他 第３回相変化シンポジウム予稿集’９１秋
Ｐ．７ 参照）。第２に、スパッタリングによる誘電
体層の形成工程中に誘電体層に取り込まれたＡｒが、繰
り返しオーバーライト動作により誘電体層から遊離して
記録層に混入することによって、Ｖｏｉｄが発生する。
第２の点は、以下のようにさらに詳細に説明できる。相
変化型光ディスクでは、信号の記録・消去時に、記録層
の温度は記録層の融点である約６００℃まで上昇する。
その結果、記録層に接する誘電体層も高温となり、その
ために誘電体層からＡｒガスが遊離して記録層へ混入
し、凝集してＶｏｉｄになる。

【０００８】上記のような、スパッタリングによる形成
工程で放電ガスとして使用されるＡｒガスに起因する記
録層中のＶｏｉｄの生成現象、及びそれに起因する相変
化型光ディスクの特性劣化は、従来からよく知られてい
る現象である。しかし、その問題の本質的な解決策は、
これまで示されていない。Ａｒガスのガス圧力などのス
パッタリング条件を変えても、特性改善に顕著な効果は
得られない。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、信号振幅の
低下やノイズの増加など、光学的情報記録媒体の特性劣
化の原因になる、繰り返しオーバーライト動作による相
変化型記録層中のｖｏｉｄの凝集・成長の抑制が可能な
光学的情報記録媒体の製造方法を提供することである。

【００１０】また、本発明の他の目的は、多数回の繰り
返しオーバーライト動作を行っても記録層中にＶｏｉｄ
が生成せず、結果として高信頼性化と長寿命化を達成で
きる光学的情報記録媒体を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光学的情報記録
媒体の製造方法は、アモルファス相と結晶相との間で可
逆的に相変化を起こす記録層を基板上に備えた光学的情
報記録部材を製造する方法であって、該方法は、該記録
層をＸｅガス、Ｋｒガスの少なくとも一方を含む放電ガ
ス中におけるスパッタリングによって形成する工程を含
んでおり、そのことによって上記目的が達成される。

【００１２】ある実施例では、前記放電ガスがさらにＡ
ｒガスを含む。他の実施例では、前記放電ガスがさらに
Ｎ₂ガスを含む。好ましくは、前記放電ガスがＫｒガス
とＮ₂ガスとからなるガスであって、該放電ガスの全圧
に対する該Ｎ₂ガスの分圧の比率が０．２５〜１０％で
ある。前記放電ガスがＸｅガスとＮ₂ガスとからなるガ
スであって、該放電ガスの全圧に対する該Ｎ₂ガスの分
圧の比率が０．２５〜５％であってもよい。

【００１３】ある実施例では、前記記録層がＳｂＴｅ、
ＧｅＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴｅＳｅ、ＧｅＳｂＴｅＰｄ、
ＴｅＧｅＳｎＡｕ、ＡｇＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、ＧａＳ
ｂ、ＩｎＳｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＳｅ
及びＩｎＳｂＴｅＡｇからなるグループから選択された
合金を主成分とする。

【００１４】本発明の光学的情報記録部材の製造方法
は、基板上に、第１の誘電体層、アモルファス相と結晶
相との間で可逆的に相変化を起こす相変化記録材料から
なる記録層及び第２の誘電体層が順に積層された光学的
情報記録媒体を製造する方法であって、該方法は、該第
１の誘電体層、該記録層及び該第２の誘電体層のうちの
少なくとも一つの選択された層を、Ｘｅガス、Ｋｒガス
の少なくとも一方を含む放電ガス中におけるスパッタリ
ングによって形成する工程を含んでおり、そのことによ
って上記目的が達成される。

【００１５】ある実施例では、前記第２の誘電体層の上
にさらに反射層を積層する工程を含む。他の実施例で
は、前記放電ガスがさらにＡｒガスを含む。さらに他の
実施例では、前記放電ガスがさらにＮ₂ガスを含む。好
ましくは、前記放電ガスの全圧に対する前記Ｎ₂ガスの
分圧の比率が０．１〜１０％である。

【００１６】ある実施例では、前記記録層がＳｂＴｅ、
ＧｅＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴｅＳｅ、ＧｅＳｂＴｅＰｄ、
ＴｅＧｅＳｎＡｕ、ＡｇＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、ＧａＳ
ｂ、ＩｎＳｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＳｅ
及びＩｎＳｂＴｅＡｇからなるグループから選択された
合金を主成分とする。

【００１７】ある実施例では、前記第１及び第２の誘電
体層がＳｉＯ₂、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ
Ｃ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ及びＰｂＳからなるグ
ループから選択された少なくとも一つの材料からなる。

【００１８】ある実施例では、前記第１の誘電体層、前
記記録層及び前記第２の誘電体のうちの前記選択された
層以外の層を、Ａｒガス中におけるスパッタリングによ
って形成する。

【００１９】本発明の光学的情報記録部材は、基板上
に、第１の誘電体層、アモルファス相と結晶相との間で
可逆的に相変化を起こす相変化記録材料からなる記録層
及び第２の誘電体層が順に積層され、該第１の誘電体
層、該記録層及び該第２の誘電体層のうちの少なくとも
１層はＡｒを含有していない構成となっており、そのこ
とによって上記目的が達成される。

【００２０】ある実施例では、前記記録層がカルコゲン
合金の薄膜である。好ましくは、前記記録層がＳｂＴ
ｅ、ＧｅＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴｅＳｅ、ＧｅＳｂＴｅＰ
ｄ、ＴｅＧｅＳｎＡｕ、ＡｇＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、Ｇａ
Ｓｂ、ＩｎＳｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＳ
ｅ及びＩｎＳｂＴｅＡｇからなるグループから選択され
た合金を主成分とする。さらに好ましくは、前記記録層
がＧｅＳｂＴｅを主成分とする。

【００２１】ある実施例では、前記第１及び第２の誘電
体層がＳｉＯ₂、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ
Ｃ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ及びＰｂＳからなるグ
ループから選択された少なくとも一つの材料からなる。
好ましくは、前記第１及び第２の誘電体層がＳｉＯ₂と
ＺｎＳとの混合物である。

【００２２】ある実施例では、前記第２の誘電体層の上
にさらに反射層を備えている。

【００２３】

【作用】相変化型の記録層を有する光学的情報記録媒体
では、１００回程度以上の繰り返しオーバーライト動作
により記録消去特性が悪化するというサイクル劣化が生
じることが知られている。サイクル劣化の原因として、
（１）記録消去時に加熱、冷却を多数回繰り返すため
に、ディスク基板や保護層に熱的損傷が生じる、（２）
加熱、冷却の繰り返しによる保護層の脈動によって、記
録層材料がディスク回転方向のガイド溝に沿って移動す
る、（３）スッパタリングによる形成工程で放電ガスと
して使用されるＡｒが、同工程中に記録層や誘電体層中
に混入し、記録層中にＡｒのｖｏｉｄが生成する、など
の理由が報告されている。

【００２４】発明者らは、上記の劣化メカニズムのう
ち、記録層中のｖｏｉｄ生成による劣化に着目し、記録
層への放電ガスの混入が生じない形成方法を研究した。
また、誘電体層に混入した放電ガスの記録層への混入を
抑える形成方法を研究した。

【００２５】まず最初に、スパッタリング工程における
Ａｒ圧力などスパッタリング条件を変化させて形成を行
ったが、サイクル特性の大きな向上は認められなかっ
た。次に、放電ガスをＡｒから他の希ガス元素（Ｋｒ、
Ｘｅ）に変えて記録層、誘電体層を形成したところ、記
録層や誘電体層への放電ガスの混入が実質的に抑制さ
れ、サイクル特性が大幅に向上することを見いだした。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。

【００２７】本発明による相変化型光ディスクの構造
を、図１に示す。基板１上には、第１の誘電体層２、記
録層３、第２の誘電体層４及び反射層５が、スパッタリ
ング法によって順次形成されている。さらに反射層５の
上には、反射層５に密着した透明な保護層６が設けられ
ている。基板１と第１の誘電体層２との間に、他の反射
層を設けてもよい。また、反射層５や保護層６を、必ず
しも有している必要はない。信号を記録層３に記録し、
または記録層３から再生もしくは消去するためのレーザ
ー光は、基板１の側から入射される。

【００２８】基板１の材質としては、ガラス、石英、ポ
リカーボネートあるいはポリメチルメタクリレートを使
用できる。また、基板１は、平滑な平板でも、表面にト
ラッキングガイド用の溝状の凸凹があってもよい。

【００２９】保護層６としては、樹脂を溶剤に溶かして
塗布・乾燥したものや、樹脂板を接着剤で接着したもの
などが使用できる。

【００３０】記録層３の材料としては、アモルファス及
び結晶間の相変化をするＴｅ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇｅ
等を主成分とするカルコゲン合金がよく知られており、
例えばＳｂＴｅ系、ＧｅＳｂＴｅ系、ＧｅＳｂＴｅＳｅ
系、ＧｅＳｂＴｅＰｄ系、ＴｅＧｅＳｎＡｕ系、ＡｇＳ
ｂＴｅ系、ＧｅＴｅ系、ＧａＳｂ系、ＩｎＳｅ系、Ｉｎ
Ｓｂ系、ＩｎＳｂＴｅ系、ＩｎＳｂＳｅ系、ＩｎＳｂＴ
ｅＡｇ系等を使用できる。好ましくは、ＧｅＳｂＴｅ系
の使用が望ましい。

【００３１】第１及び第２の誘電体層２、４としては、
ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＰｂＳ等、あるいはこれらの
混合物が使用できる。好ましくは、ＳｉＯ₂とＺｎＳと
の混合物の使用が望ましい。

【００３２】反射層５としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｔｉ等の金属材料を主成分とした材料、ある
いはこれらの混合物が使用できる。さらに、所定の波長
における反射率が大きな誘電体多層膜などを使用するこ
ともできる。

【００３３】本発明の最も重要な特徴は、上記の記録層
３あるいは第１及び第２の誘電体層２、４をスパッタリ
ングによって形成する際に、Ａｒより原子量の大きい希
ガス（Ｋｒ、Ｘｅ）を放電ガスとして用いることであ
る。また、ＡｒとＫｒまたはＸｅとの混合ガスを用いて
も、サイクル特性の改善に効果がある。さらに、これら
の放電ガスとＮ₂との混合ガスを用いると、サイクル特
性はさらに向上する。

【００３４】なお、本発明によるサイクル特性の向上効
果は、上記に示した記録層３の材料のうち、ＧｅＳｂＴ
ｅ系を用いた場合に特に大きかった。

【００３５】以下、具体的な実施例によって、本発明を
さらに詳細に説明する。（実施例１） 本発明の第１の実施例を、以下に説明す
る。本実施例では、記録層３の材料としてＧｅＳｂＴｅ
系三元合金を用いた相変化型光ディスクについて、記録
層３のスパッタリングによる形成工程で使用される放電
ガスの種類を変え、それによる相変化型光ディスクのサ
イクル特性の変化を比較した。

【００３６】まず、相変化型光ディスクの製造方法を説
明する。以下に述べるスパッタリングによる各層の形成
工程のフローチャートを、図２に示す。

【００３７】基板１として、信号記録用トラックを持つ
直径１３０ｍｍのポリカーボネート製基板を用いた。そ
の基板１上に、まず第１の誘電体層２の形成工程２２と
して、厚さ１３００オングストロームのＺｎＳ−ＳｉＯ
₂混合層を、スパッタパワー２００ＷのＲＦスパッタリ
ングで形成した。次に、記録層３の形成工程２３とし
て、厚さ２５０オングストロームのＧｅ₂₂Ｓｂ₂₂Ｔｅ₅₆
層を、スパッタパワー５０ＷのＤＣスパッタリングで形
成した。続いて、第２の誘電体層４の形成工程２４とし
て、厚さ２００オングストロームのＺｎＳ−ＳｉＯ₂混
合層を、第１の誘電体層２の形成工程２２と同じくスパ
ッタパワー２００ＷのＲＦスパッタリングで形成した。
さらに、反射層５の形成工程２５として、厚さ１５００
オングストロームのＡｌ層を、スパッタパワー４００Ｗ
のＤＣスパッタリングにより形成した。最後に、保護層
６の形成工程２６として、保護層５の上にポリカーボネ
ートの保護層６を設けた。なお、上記のスパッタリング
による各層の形成工程２２〜２５において、スパッタリ
ング中の基板温度は、特に設定しなかった。

【００３８】上述のように、本実施例のスパッタリング
工程では、第１及び第２の誘電体層２、４であるＺｎＳ
−ＳｉＯ₂層の形成工程２２、２４、及び反射層５であ
るＡｌ層の形成工程２５では、放電ガスとしてＡｒを用
いた。一方、記録層３であるＧｅ₂₂Ｓｂ₂₂Ｔｅ₅₆層の形
成工程２３では、放電ガスの種類とガス圧力を以下のよ
うに８通りに変化させて、それぞれの条件下で形成を行
った（括弧内の数字は、ガス圧力を表す）；(1)Ａｒ
（２ｍＴｏｒｒ）、(2)Ａｒ（５ｍＴｏｒｒ）、(3)Ｋｒ
（２ｍＴｏｒｒ）、(4)Ｋｒ（５ｍＴｏｒｒ）、(5)Ｘｅ
（２ｍＴｏｒｒ）、(6)Ｘｅ（５ｍＴｏｒｒ）、(7)Ａｒ
（１ｍＴｏｒｒ）及びＫｒ（１ｍＴｏｒｒ）の混合ガ
ス、(8)Ａｒ（１ｍＴｏｒｒ）及びＸｅ（１ｍＴｏｒ
ｒ）の混合ガス。

【００３９】本実施例では、記録層３のスパッタリング
による形成工程２３における放電ガスの種類とガス圧力
のみを変え、第１及び第２の誘電体層２、４、反射層５
ならびに保護層６の形成工程２２、２４、２５、２６の
製造条件や各層の材料は全く同一にして、相変化型光デ
ィスクを製造した。

【００４０】上記のように製造された相変化型光ディス
クの評価は、次の条件で行った。波長７８０ｎｍのレー
ザー光を用い、記録装置の記録再生に用いる光学ヘッド
の対物レンズの開口数ＮＡを０．５５、線速１０ｍ／ｓ
ｅｃ、記録パワー２０ｍＷ、バイアスパワー１０ｍＷと
して、５ＭＨｚと３ＭＨｚの信号を交互に１ビームオー
バーライトで記録した。そして、５ＭＨｚの再生信号の
Ｃ／Ｎ比が初期の値より３ｄＢ低下する繰り返し回数
を、サイクル寿命とした。ここで、１ビームオーバーラ
イトとは、記録信号によって、レーザーパワーを記録レ
ベルと消去レベルの間で変調して、変調されたレーザ光
を信号トラック上に照射して、既に記録されている古い
信号を消去しながら新しい信号を記録する方法である。
記録レベルのレーザ光で照射された領域は、元の状態が
アモルファスか結晶かにかかわらず溶融し、その後に冷
却されてアモルファスとなる。消去レベルのレーザ光で
照射された領域は、結晶化温度以上に昇温するために、
元の状態にかかわらず結晶化して、新しい信号がオーバ
ーライトされる。

【００４１】図３に、記録層３の形成工程２３における
放電ガスの種類及びそのガス圧力と、相変化型光ディス
クのサイクル寿命との関係を示す。図３の縦軸のサイク
ル寿命は、リニアスケールで表されている。

【００４２】図３に示されるように、記録層３のスパッ
タリングによる形成工程２３の放電ガスとしてＡｒを使
用する従来例では、ガス圧力の値にかかわらず、サイク
ル寿命は１ｘ１０⁵回であった（図中では、従来レベル
として実線で示してある）。一方、放電ガスをＫｒある
いはＸｅに変えることによって、相変化型光ディスクの
サイクル寿命が１０倍以上向上し、サイクル特性が大幅
に改善することがわかる。また、放電ガスとしてＡｒと
Ｋｒ、またはＡｒとＸｅとの混合ガスを用いても、Ａｒ
単独の場合に比べてサイクル特性は５〜７倍に向上する
ことがわかる。

【００４３】図４に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察
により多数回オーバーライト動作後の記録層３の表面の
状態を示す。上段には、ガス圧力２ｍＴｏｒｒのＡｒを
用いて記録層３を形成した上記(1)の場合、下段には、
ガス圧力２ｍＴｏｒｒのＫｒを用いて記録層３を形成し
た上記(3)の場合を示す。各々の形成条件について、１
回記録時及び１万回オーバーライト後の記録層表面を示
している。

【００４４】１回記録時には、Ａｒ、Ｋｒのいずれを放
電ガスとして記録層３を形成しても、記録層３の表面に
Ｖｏｉｄは認められない。一方、１万回のオーバーライ
ト後には、Ａｒを用いて形成した記録層３の表面にはＶ
ｏｉｄが存在しているのに対して、Ｋｒを用いて形成し
た記録層３の表面には全くＶｏｉｄが存在していない。
なお、図にはＳＥＭ観察の結果を示していないが、Ｘｅ
を用いて形成した場合の記録層３の表面にも、Ｋｒによ
り形成した場合と同様に、Ｖｏｉｄは認められない。

【００４５】スパッタリングの放電ガスを従来技術のＡ
ｒから本発明のようにＫｒあるいはＸｅに変えることに
より、サイクル特性が向上する原因としては、以下の点
が考えられる。Ｋｒ、ＸｅはＡｒより質量が大きいため
に、スパッタリングによる記録層３の形成工程２３中に
記録層３中に取り込まれるガス量が少ない。その結果、
繰り返しオーバーライト動作によって記録層３中に発生
するｖｏｉｄが少なくなる。

【００４６】上記の考察の正しさを確認するために、ス
パッタパワー５０ＷのＤＣスパッタリングによって、Ｓ
ｉ基板表面に記録層材料であるＧｅＳｂＴｅ層を形成し
たサンプルを製作し、ＧｅＳｂＴｅ層（本実施例の相変
化型光ディスクの記録層３に相当する）中に存在する放
電ガス量をラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ）で測
定した。なお、この場合も、形成時の基板温度は特に設
定しなかった。

【００４７】測定の結果、ガス圧力２ｍＴｏｒｒのＡｒ
を用いてスパッタリングにより形成された記録層中のＡ
ｒ量は０．６０ａｔ％であり、放電ガスであるＡｒが記
録層中に混入していることが確認された。それに対し
て、ガス圧力２ｍＴｏｒｒのＫｒを用いてスパッタリン
グにより形成された記録層中のＫｒ量は、０．１０ａｔ
％以下（検出限界以下）であった。これは、放電ガスで
あるＫｒが記録層中に混入していないことを示してお
り、上記の考察を裏付ける結果である。（実施例２） 本発明の第２の実施例を、以下に説明す
る。

【００４８】この実施例では、スパッタリングによる記
録層３の形成工程２３における放電ガスとして、Ｋｒ及
びＮ₂の混合ガス、またはＸｅ及びＮ₂の混合ガスを用い
て、相変化型光ディスクを作成した。より具体的に説明
すると、記録層３の形成工程２３の放電ガスはＫｒまた
はＸｅを主成分とし、その中に混入するＮ₂ガスの量を
変化させた。そのとき、放電ガスの全圧を２ｍＴｏｒｒ
一定とし、Ｎ₂の量に応じてＫｒまたはＸｅの流量も変
化させた。Ｎ₂の分圧は、Ｋｒ及びＸｅのそれぞれの場
合において、０、０．００５、０．０５、０．１及び
０．２ｍＴｏｒｒとした。これは、全圧に対してＮ
₂が、それぞれ０、０．２５、２．５、５及び１０％の
割合で添加されていることを意味する。なお、Ｎ₂の分
圧が０ｍＴｏｒｒとは、Ｎ₂が添加されておらずＫｒま
たはＸｅが単独で使用されることを意味する。

【００４９】本実施例の相変化型光ディスクと第１の実
施例の相変化型光ディスクとは、記録層３の形成工程２
３で使用する放電ガスの種類のみが異なっており、他の
製造条件、相変化型光ディスクの構造及び各層の材料組
成は同じである。

【００５０】製造した相変化型光ディスクは、第１の実
施例と同じ方法で評価し、それぞれのディスクのサイク
ル寿命を測定した。

【００５１】図５に、記録層３の形成工程２３における
放電ガス中のＮ₂ガスの分圧と相変化型光ディスクのサ
イクル寿命の関係を示す。図５の縦軸のサイクル寿命
は、リニアスケールで表されている。また、図中には、
Ａｒを用いる従来技術によって製造された場合のサイク
ル寿命を、従来レベルとして破線によって示している。

【００５２】図５から、ＫｒにＮ₂を混合した放電ガス
を用いて記録層３をスパッタリングにより形成した相変
化型光ディスクは、Ｎ₂の分圧が０．００５〜０．２ｍ
Ｔｏｒｒ（全圧２ｍＴｏｒｒ）の各場合において、Ｎ₂
を混合しないＫｒを放電ガスとして用いてスパッタリン
グにより形成した相変化型光ディスクより、サイクル寿
命がさらに改善されることがわかる。特に、Ｎ₂の分圧
が０．０５〜０．１ｍＴｏｒｒ（全圧２ｍＴｏｒｒ）の
ときに、サイクル寿命の改善効果が大きい。これは、全
圧に対してＮ₂を２．５〜５％の範囲で添加した場合で
ある。

【００５３】また、ＸｅにＮ₂を混合した放電ガスを用
いて記録層３をスパッタリングにより形成した相変化型
光ディスクは、Ｎ₂の分圧が０．００５〜０．１ｍＴｏ
ｒｒ（全圧２ｍＴｏｒｒ）の場合に、Ｎ₂を混合しない
Ｘｅを放電ガスとして用いてスパッタリングにより形成
した相変化型光ディスクより、サイクル寿命がさらに改
善されることがわかる。特に、Ｎ₂の分圧が０．０５〜
０．１ｍＴｏｒｒ（全圧２ｍＴｏｒｒ）のときに、サイ
クル寿命の改善効果が大きい。これは、全圧に対してＮ
₂を２．５〜５％の範囲で添加した場合である。

【００５４】ＸｅまたはＫｒにＮ₂を微量添加した場合
にサイクル特性がさらに改善する原因として、例えば、
記録層３の材料とＮ₂の化合物が記録層３中に生成・混
入することにより、サイクル中の記録層３の材料の移動
が抑制されることが考えられる。

【００５５】なお、ＫｒまたはＸｅにＮ₂を混合する場
合、スパッタリング時のガス圧力を変化させても、Ｎ₂
の分圧が上記の範囲内にあれば、ＫｒまたはＸｅを単独
で用いる場合よりサイクル寿命は向上する。また、本実
施例では、放電ガスとして単独ガスのＫｒまたはＸｅに
Ｎ₂を添加した場合について示したが、Ｘｅ及びＫｒの
混合ガス、あるいはＫｒ、Ｘｅ及びＡｒの混合ガスにＮ
₂を添加しても、同様なサイクル特性の向上が確認され
ている。（実施例３） 本発明の第３の実施例を、以下に説明す
る。本実施例では、記録層３の材料としてＧｅＳｂＴｅ
系三元合金を用いた相変化型光ディスクについて、スパ
ッタリングによる第１及び第２の誘電体層２、４の形成
工程２２、２４で使用される放電ガスの種類を変え、そ
れによる相変化型光ディスクのサイクル特性の変化を比
較した。

【００５６】Ｇｅ₂₂Ｓｂ₂₂Ｔｅ₅₆からなる記録層３のス
パッタリングによる形成工程２３及びＡｌからなる反射
層５のスパッタリングによる形成工程２５では、放電ガ
スとしてＡｒを用いた。一方、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂混合層
からなる第１及び第２の誘電体層２、４のスパッタリン
グによる形成工程２２、２４では、放電ガスの種類とガ
ス圧力を以下のように８通りに変化させて、それぞれの
条件下で形成を行った（括弧内の数字は、ガス圧力を表
す）；(1)Ａｒ（２ｍＴｏｒｒ）、(2)Ａｒ（５ｍＴｏｒ
ｒ）、(3)Ｋｒ（２ｍＴｏｒｒ）、(4)Ｋｒ（５ｍＴｏｒ
ｒ）、(5)Ｘｅ（２ｍＴｏｒｒ）、(6)Ｘｅ（５ｍＴｏｒ
ｒ）、(7)Ａｒ（１ｍＴｏｒｒ）及びＫｒ（１ｍＴｏｒ
ｒ）の混合ガス、(8)Ａｒ（１ｍＴｏｒｒ）及びＸｅ
（１ｍＴｏｒｒ）の混合ガス。

【００５７】本実施例では、スパッタリングによる第１
及び第２の誘電体層２、４の形成工程２２、２４におけ
る放電ガスの種類と圧力のみを変え、他の製造条件、相
変化型光ディスクの構造及び各層の材料は全く同一にし
て、相変化型光ディスクを製造した。

【００５８】製造した相変化型光ディスクは、第１の実
施例と同じ方法で評価し、それぞれのディスクのサイク
ル寿命を測定した。

【００５９】図６に、スパッタリングによる第１及び第
２の誘電体層２、４の形成工程２２、２４における放電
ガスの種類及びガス圧力と、相変化型光ディスクのサイ
クル寿命の関係を示す。図６の縦軸のサイクル寿命は、
リニアスケールで表されている。また、図中には、Ａｒ
を用いる従来技術によって製造された場合のサイクル寿
命を、従来レベルとして破線によって示している。

【００６０】図６から、スパッタリングによる第１及び
第２の誘電体層２、４の形成工程２２、２４の放電ガス
を、従来用いられているＡｒからＫｒあるいはＸｅに変
えることによって、サイクル特性が３〜６倍改善される
ことがわかる。また、放電ガスとしてＡｒ及びＫｒ、ま
たはＡｒ及びＸｅの混合ガスを用いても、Ａｒガスを単
独で使用する従来技術の場合よりも、サイクル特性が向
上する。

【００６１】放電ガスをＡｒからＫｒあるいはＸｅに変
えることにより、サイクル特性が向上する原因として
は、以下の点が考えられる。Ｋｒ、ＸｅはＡｒより質量
が大きいために、スパッタリング中に第１及び第２の誘
電体層２、４中に取り込まれるガス量が少ない。その結
果、繰り返しオーバーライト動作によって第１及び第２
の誘電体層２、４から記録層３に混入する放電ガス量が
減少し、発生するｖｏｉｄの数が少なくなる。

【００６２】上記の考察の正しさを確認するために、ス
パッタパワー２００ＷのＲＦスパッタリングによってＳ
ｉ基板表面に誘電体層材料であるＺｎＳ−ＳｉＯ₂混合
層を形成したサンプルを製作し、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂混合
層（本実施例の相変化型光ディスクの第１及び第２の誘
電体層２、４に相当する）中に存在する放電ガス量を、
ラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ）で測定した。な
お、この場合も、形成時の基板温度は特に設定しなかっ
た。

【００６３】測定の結果、ガス圧力２ｍＴｏｒｒのＡｒ
を用いてスパッタリングにより形成された誘電体層中の
Ａｒ量が０．５８ａｔ％であったのに対して、ガス圧力
２ｍＴｏｒｒのＫｒを用いてスパッタリングにより形成
された誘電体層中のＫｒ量は０．２０ａｔ％であった。
これは、放電ガスとしてＫｒを用いれば、Ａｒを用いる
場合に比べて放電ガスの誘電体層中への混入が抑制され
ることを示しており、上記の考察を裏付ける結果であ
る。

【００６４】なお、本実施例では、反射層５を有する相
変化型光ディスクに関する結果を示したが、反射層５を
有しない場合でも、本実施例と同様にサイクル特性が向
上することが確認されている。（実施例４） 本発明の第４の実施例を、以下に説明す
る。

【００６５】この実施例では、スパッタリングによる第
１及び第２の誘電体層２、４の形成工程２２、２４の放
電ガスとして、Ｋｒ及びＮ₂の混合ガス、またはＸｅ及
びＮ₂の混合ガスを用いて、相変化型光ディスクを製造
した。より具体的に説明すると、第１及び第２の誘電体
層２、４の形成工程２２、２４の放電ガスは、Ｋｒまた
はＸｅを主成分とし、その中に混入するＮ₂ガスの量を
変化させた。そのとき、放電ガスの全圧を２ｍＴｏｒｒ
一定とし、Ｎ₂の量に応じてＫｒまたはＸｅの流量も変
化させた。Ｎ₂の分圧は、Ｋｒ及びＸｅのそれぞれの場
合において、０、０．００２、０．０５、０．１、０．
２ｍＴｏｒｒとした。これは、全圧に対してＮ₂が、そ
れぞれ０、０．１、２．５、５及び１０％の割合で添加
されていることを意味する。なお、Ｎ₂の分圧が０ｍＴ
ｏｒｒとは、Ｎ₂が添加されておらずＫｒまたはＸｅが
単独で使用されることを意味する。

【００６６】本実施例の相変化型光ディスクと第３の実
施例の相変化型光ディスクとは、スパッタリングによる
第１及び第２の誘電体層２、４の形成工程２２、２４で
使用する放電ガスの種類のみが異なっており、他の製造
条件、相変化型光ディスクの構造及び各層の材料組成は
同じである。

【００６７】製造した相変化型光ディスクは、実施例１
と同じ方法で評価し、それぞれのディスクのサイクル寿
命を測定した。

【００６８】図７に、スパッタリングによる第１及び第
２の誘電体層２、４の形成工程２２、２４における放電
ガス中のＮ₂ガスの分圧と、相変化型光ディスクのサイ
クル寿命の関係を示す。図７の縦軸のサイクル寿命は、
リニアスケールで表されている。また、図中には、Ａｒ
を用いる従来技術によって製造された場合のサイクル寿
命を、従来レベルとして破線によって示している。

【００６９】図７から、ＫｒまたはＸｅにＮ₂を混合し
た放電ガスを用いて第１及び第２の誘電体層２、４をス
パッタリングにより形成した相変化型光ディスクは、Ｎ
₂の分圧が０．００２〜０．２ｍＴｏｒｒ（全圧２ｍＴ
ｏｒｒ）の各場合について、Ｎ₂を混合しないＫｒまた
はＸｅを放電ガスとして用いてスパッタリングにより形
成した相変化型光ディスクよりも、サイクル寿命がさら
に改善された。特に、ＫｒまたはＸｅいずれが放電ガス
の主成分であっても、Ｎ₂の分圧が０．０５〜０．１ｍ
Ｔｏｒｒ（分圧２ｍＴｏｒｒ）のときに、サイクル寿命
の改善効果が大きい。これは、全圧に対してＮ₂を２．
５〜５％の範囲で添加した場合である。

【００７０】ＸｅまたはＫｒにＮ₂を微量添加した場合
にサイクル特性がさらに改善する原因として、Ｎ₂の混
入により第１及び第２の誘電体層２、４が機械的、化学
的に安定し、オーバーライト回数に大きく影響する誘電
体層強度の向上が実現することが考えられる。しかし、
Ｎ₂ガスの分圧が大きすぎると、第１及び第２の誘電体
層２、４へＮ₂が過剰に添加され、結果として、層質の
脆化や界面吸着力の低下が起こると予想される。

【００７１】なお、ＫｒまたはＸｅにＮ₂を混合する場
合、スパッタリング時のガス圧力を変化させても、Ｎ₂
の分圧が上記の範囲内にあれば、サイクル寿命はＫｒま
たはＸｅを単独で用いる場合より向上した。

【００７２】また、本実施例では、放電ガスとして単独
ガスのＫｒまたはＸｅにＮ₂を添加した場合について示
したが、Ｘｅ及びＫｒの混合ガス、あるいはＫｒ、Ｘｅ
及びＡｒの混合ガスにＮ₂を添加しても、同様なサイク
ル特性の向上が確認されている。（実施例５） 本発明の第５の実施例を、以下に説明す
る。

【００７３】これまでに説明した第１〜第４の実施例で
は、記録層３、または第１及び第２の誘電体層２、４の
いずれかの形成工程における放電ガスを、従来技術のＡ
ｒからＫｒやＸｅを主成分とするガスに変更した。それ
に対して、本実施例では、記録層３、ならびに第１及び
第２の誘電体層２、４の形成工程２２、２３、２４のい
ずれにおいても、ＫｒまたはＸｅを放電ガスとして使用
し、相変化型光ディスクを製造した。さらに、記録層３
の形成工程２３と第１及び第２の誘電体層２、４の形成
工程２２、２４とで使用する放電ガスの種類を変えて製
造した相変化型光ディスクと、同じ放電ガスを用いて両
方の層を形成した相変化型光ディスクとの間で、サイク
ル特性を比較した。

【００７４】より具体的に説明すると、スパッタリング
による記録層３の形成工程２３ではＡｒ、第１及び第２
の誘電体層２、４の形成工程２２、２４ではＫｒまたは
Ｘｅを用いる相変化型光ディスクと、記録層３ならびに
第１及び第２の誘電体層２、４のいずれの形成工程２
２、２３、２４でもＫｒまたはＸｅを用いる相変化型光
ディスクとを製造した。ガス圧力は、すべて２ｍＴｏｒ
ｒとした。

【００７５】本実施例の相変化型光ディスクの他の製造
条件、構造や各層の材料組成は、これまでに説明した他
の実施例の相変化型光ディスクと同一である。また、製
造した相変化型光ディスクは、第１の実施例と同じ方法
で評価し、それぞれのディスクのサイクル寿命を測定し
た。図８に、放電ガスの種類と相変化型光ディスクのサ
イクル寿命の関係を示す。図８の縦軸のサイクル寿命
は、リニアスケールで表されている。また、図中には、
Ａｒを用いる従来技術によって製造された場合のサイク
ル寿命を、従来レベルとして破線によって示している。

【００７６】図８において、第１及び第２の誘電体層
２、４及び記録層３の形成工程２２、２３、２４の放電
ガスを、すべてＡｒからＫｒあるいはＸｅに変えること
によって、サイクル特性が１０倍以上改善されることが
わかる。一方、第１及び第２の誘電体層２、４の形成工
程２２、２４の放電ガスのみを、ＡｒからＫｒまたはＸ
ｅに変えても、サイクル寿命は従来技術によるレベルの
５〜６倍に向上することがわかる。すなわち、記録層３
の形成工程２３と第１及び第２の誘電体層２、４の形成
工程２２、２４とで使用する放電ガスの種類を変えて、
いずれかのみで形成時の放電ガスを従来技術から変えて
も、サイクル寿命の向上という本発明の効果が得られる
ことがわかる。

【００７７】第１の誘電体層２の形成工程２２、記録層
３の形成工程２３ならびに第２の誘電体層４の形成工程
２４を通じて同一の放電ガスを使用すれば、各工程間で
の放電ガス種類の変更作業が不要であり、各工程を連続
的に実施することができて、製造装置のランニングコス
トを低減することができる。一方、形成工程ごとに使用
する放電ガスの種類を変える場合には、各工程間でのガ
ス種類の切り替えの手間がかかるが、使用するＫｒやＸ
ｅの量を減らすことができる。この結果、ＫｒやＸｅは
Ａｒに比べて高価であるので、必要な材料費を低減する
ことができる。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、光学的情報記録媒体の
相変化型記録層または誘電体層をスパッタリングによっ
て形成する際に、ＫｒまたはＸｅのうちの少なくとも１
種類のガスを放電ガスとして使用する。上記のガスに、
さらにＡｒガスまたはＮ₂ガスのうちの少なくとも１種
類のガスを混合してもよい。これらのガス中におけるス
パッタリングによって記録層または誘電体層を形成する
ことによって、各層中への放電ガスの混入が抑制され、
記録層中における放電ガスのＶｏｉｄの生成が抑制させ
る。その結果、繰り返しオーバーライト動作によるサイ
クル劣化現象が抑制されて、相変化型記録層を有する光
学的情報記録媒体の長寿命化及び高信頼性化が達成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における相変化型光ディスクの
構造図

【図２】本発明の実施例における相変化型光ディスクの
製造工程を表すフローチャート

【図３】本発明の第１の実施例における相変化型光ディ
スクのサイクル寿命を表す図

【図４】本発明の第１の実施例に従って製作された相変
化型光ディスクにおける、多数回オーバーライト動作後
の記録層表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の模式図

【図５】本発明の第２の実施例における相変化型光ディ
スクのサイクル寿命を表す図

【図６】本発明の第３の実施例における相変化型光ディ
スクのサイクル寿命を表す図

【図７】本発明の第４の実施例における相変化型光ディ
スクのサイクル寿命を表す図

【図８】本発明の第５の実施例における相変化型光ディ
スクのサイクル寿命を表す図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１の誘電体層 ３ 記録層 ４ 第２の誘電体層 ５ 反射層 ６ 保護層 ２２ 第１の誘電体層のスパッタリングによる形成工程 ２３ 記録層のスパッタリングによる形成工程 ２４ 第２の誘電体層のスパッタリングによる形成工程 ２５ 反射層のスパッタリングによる形成工程 ２６ 保護層の形成工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 憲一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 山田 昇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−59964（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−247339（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−251453（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−93807（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/24 - 7/26

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アモルファス相と結晶相との間で可逆的
   に相変化を起こす記録層を基板上に備えた光学的情報記
   録媒体を製造する方法であって、該方法は、該記録層を
   Ｘｅガス、Ｋｒガスの少なくとも一方を含む放電ガス中
   におけるスパッタリングによって形成する工程を含む光
   学的情報記録媒体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記放電ガスがさらにＡｒガスを含む請
   求項１に記載の製造方法。
3. 【請求項３】 前記放電ガスがさらにＮ₂ガスを含む請
   求項１に記載の製造方法。
4. 【請求項４】 前記放電ガスがＫｒガスとＮ₂ガスとか
   らなるガスであって、該放電ガスの全圧に対する該Ｎ₂
   ガスの分圧の比率が０．２５〜１０％である請求項３に
   記載の製造方法。
5. 【請求項５】 前記放電ガスがＸｅガスとＮ₂ガスとを
   含むガスであって、該放電ガスの全圧に対する該Ｎ₂ガ
   スの分圧の比率が０．２５〜５％である請求項３に記載
   の製造方法。
6. 【請求項６】 前記記録層がＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴｅ、
   ＧｅＳｂＴｅＳｅ、ＧｅＳｂＴｅＰｄ、ＴｅＧｅＳｎＡ
   ｕ、ＡｇＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｅ、Ｉ
   ｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＳｅ及びＩｎＳｂＴｅ
   Ａｇからなるグループから選択された合金を主成分とす
   る請求項１に記載の製造方法。
7. 【請求項７】 基板上に、第１の誘電体層、アモルファ
   ス相と結晶相との間で可逆的に相変化を起こす相変化記
   録材料からなる記録層及び第２の誘電体層が順に積層さ
   れた光学的情報記録媒体を製造する方法であって、該方
   法は、該第１の誘電体層、該記録層及び該第２の誘電体
   層のうちの少なくとも一つの選択された層を、Ｘｅガ
   ス、Ｋｒガスの少なくとも一方を含む放電ガス中におけ
   るスパッタリングによって形成する工程を含む光学的情
   報記録媒体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第２の誘電体層の上にさらに反射層
   を積層する工程を含む請求項７に記載の製造方法。
9. 【請求項９】 前記放電ガスがさらにＡｒガスを含む請
   求項７に記載の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記放電ガスがさらにＮ₂ガスを含む
    請求項７に記載の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記放電ガスの全圧に対する前記Ｎ₂
    ガスの分圧の比率が０．１〜１０％である請求項１０に
    記載の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記記録層がＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴ
    ｅ、ＧｅＳｂＴｅＳｅ、ＧｅＳｂＴｅＰｄ、ＴｅＧｅＳ
    ｎＡｕ、ＡｇＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、ＧａＳｂ、ＩｎＳ
    ｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＳｅ及びＩｎＳ
    ｂＴｅＡｇからなるグループから選択された合金を主成
    分とする請求項７に記載の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記第１及び第２の誘電体層がＳｉＯ
    ₂、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇ
    ｅＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳ、Ｚ
    ｎＳｅ、ＺｎＴｅ及びＰｂＳからなるグループから選択
    された少なくとも一つの材料からなる請求項７に記載の
    製造方法。
14. 【請求項１４】 前記第１の誘電体層、前記記録層及び
    前記第２の誘電体のうちの前記選択された層以外の層
    を、Ａｒガス中におけるスパッタリングによって形成す
    る請求項７に記載の製造方法。
15. 【請求項１５】 基板上に、第１の誘電体層、アモルフ
    ァス相と結晶相との間で可逆的に相変化を起こす相変化
    記録材料からなる記録層及び第２の誘電体層が順に積層
    された光学的情報記録媒体であって、該第１の誘電体
    層、該記録層及び該第２の誘電体層のうちの少なくとも
    １層はＡｒを含有していない光学的情報記録媒体。
16. 【請求項１６】 前記記録層がカルコゲン合金の薄膜で
    ある請求項１５に記載の光学的情報記録媒体。
17. 【請求項１７】 前記記録層がＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴ
    ｅ、ＧｅＳｂＴｅＳｅ、ＧｅＳｂＴｅＰｄ、ＴｅＧｅＳ
    ｎＡｕ、ＡｇＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、ＧａＳｂ、ＩｎＳ
    ｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＳｅ及びＩｎＳ
    ｂＴｅＡｇからなるグループから選択された合金を主成
    分とする請求項１６に記載の光学的情報記録媒体。
18. 【請求項１８】 前記記録層がＧｅＳｂＴｅを主成分と
    する請求項１７に記載の光学的情報記録媒体。
19. 【請求項１９】 前記第１及び第２の誘電体層がＳｉＯ
    ₂、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇ
    ｅＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳ、Ｚ
    ｎＳｅ、ＺｎＴｅ及びＰｂＳからなるグループから選択
    された少なくとも一つの材料からなる請求項１５に記載
    の光学的情報記録媒体。
20. 【請求項２０】 前記第１及び第２の誘電体層がＳｉＯ
    ₂とＺｎＳとの混合物である請求項１９に記載の光学的
    情報記録媒体。
21. 【請求項２１】 前記第２の誘電体層の上にさらに反射
    層を備える請求項１５に記載の光学的情報記録媒体。