JP4157461B2

JP4157461B2 - 相転移物質膜を有する光記録媒体及びその製造方法

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Publication number: JP4157461B2
Application number: JP2003387636A
Authority: JP
Inventors: 寅 ▲敬▼ 柳; 守桓鄭; 仁淑金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: JP2004310978A; EP1429323B1; US6998162B2; US20040096617A1; EP1429323A2; CN1941124A; DE60313564T2; EP1429323A3; KR100468856B1; CN100483522C; DE60313564D1; KR20040043372A; CN1501377A

Description

本発明は光記録媒体製造方法に関し、より詳細には相転移物質膜を利用した光記録媒体製造方法に関する。

従来のＣＤ（Compact Disk）またはＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光記録媒体において、相転移物質膜（phase transition material filmあるいはphase transition layer）が基板上に堆積しており、レーザービームを照射して特定地点を溶融及び冷却させることによって、特定地点にピットが形成され、データがピットに記録される。この記録方法を採用する従来の光記録媒体は、レーザービームを収束させるレンズの開口数（numerical aperture of a lens）を増加させるには技術的な限界があるので、従来の光記録媒体における記録密度の増加には限界がある。

このような問題点を解決するために、特許文献１にはレーザービームを使用せずに記録できる記録媒体及びその製造方法が開示されている。

図１は、特許文献１の記録媒体の断面図である。まず、大きさ７６．２ｍｍ（３インチ）厚さ１．２２ｍｍのシリコン基板２１は、酸化膜を除去するための塩酸処理を受け、その結果シリコン基板２１の表面には水素原子が存在する状態となる。そして電子ビームがこのシリコン基板２１に照射され、大きさ１０ｎｍの円形領域が多数、互いに３０ｎｍ間隔で規則的に配列される。それから、このシリコン基板２１はクリーンルームの空気雰囲気下に約１時間放置され、シリコン基板２１の電子ビームに露光された領域に選択的にＳｉＯ₂膜が形成される。そしてこのシリコン基板２１は、当該シリコン基板２１からＳｉＯ₂膜を除去するため、もう一度塩酸処理を受ける。その結果、幅１０ｎｍ深さ５ｎｍを有するピットが形成される。

ドナー有機染色分子（donor organic dye molecules）がシリコン基板２１の上面に真空蒸着され、記録層を得る。そして記録層を有するシリコン基板２１は、窒素雰囲気下、８０℃で約１時間加熱される。このシリコン基板２１はサイズ１００ｎｍのシリカ粒子を使用して室温で研磨され、ドナー有機染色分子を選択されたピットに残留させることによって記録領域２６を形成する。その後シリコン基板２１は、空気雰囲気下、４０℃に約一日放置され、シリコン基板２１の電子ビームに露光されていない領域にＳｉＯ₂膜２４を形成する。ＳｉＯ₂膜の上面にポリアニリン及びポリビニルクロライド塩化物の混合物をスピンコーティングすることによって、保護層２７が形成される。このようにして記録媒体が製造されており、金コーティングされたＡＦＭ（Atomic Force Microscope）プローブに３０Ｖの電圧を印加して、ドット類似記録領域（dot-like recording domains）に正電荷（正孔）を導入することによって記録が行われる。

前記特許文献１に開示された記録媒体において、ドナー有機染色分子等の相転移物質はホール充填操作（hole filling operation）によって形成されるので、ホール充填操作後にシリコン基板から相転移物質を除去する工程が必要であり、ホールが形成されるＳｉＯ₂膜を除去できないという問題点がある。また、相転移物質膜を加熱する工程を必要とするために、基板はシリコンまたは特殊ガラスなど融点が高い物質から形成されなければならないという問題点がある。
米国特許第６１９７３９９号明細書

したがって本発明は、従来の光記録媒体の記録及び再生方法をそのまま利用しつつ記録及び再生できる光記録媒体を簡単な製造工程で製造できる光記録媒体製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、基板上に相転移物質膜、犠牲膜及び金属膜を順に積層する第一工程と、前記金属膜を陽極酸化して多数のホールを有する金属酸化物膜を形成し、前記ホールに露出された前記犠牲膜を陽極酸化する第二工程と、前記金属酸化物膜を除去して前記犠牲膜の酸化物をマスクとして前記犠牲膜及び前記相転移物質膜をエッチングして前記相転移物質膜をパターニングする第三工程と、前記犠牲膜の酸化物を除去してパターニングされた前記相転移物質膜の上面に上部絶縁膜、反射膜及び保護膜を堆積させる第四工程と、を含むことを特徴とする光記録媒体製造方法を提供する。

前記基板と前記相転移物質膜との間に下部絶縁膜を形成してもよい。

前記課題を解決するために、本発明はまた、基板上に反射膜、相転移物質膜、犠牲膜及び金属膜を順に積層する第一工程と、前記金属膜を陽極酸化して多数のホールを有する金属酸化物膜を形成し、前記ホールに露出された前記犠牲膜を陽極酸化する第二工程と、前記金属酸化物膜を除去して前記犠牲膜の酸化物をマスクとして前記犠牲膜及び前記相転移物質膜をエッチングして前記相転移物質膜をパターニングする第三工程と、前記犠牲膜の酸化物を除去してパターニングされた前記相転移物質膜の上面に絶縁膜及び保護膜を堆積させる第四工程と、を含むことを特徴とする光記録媒体製造方法を提供する。
前記相転移物質膜は、多数のナノドット状のカラム（column；コラム）が配列されたマトリックス構造を有していてもよい。また前記ナノドット状のカラムは、ハニカム形状構造を有するように配列されることが好ましい。

前記基板は、ランドとグルーブとが交互に配列されたランド／グルーブ構造を有していてもよい。

前記基板は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ガラスまたはシリコンから形成されていることが好ましい。

前記反射膜は、Ａｌ合金またはＡｇ合金から形成されていてもよい。また前記相転移物質膜は、ＧＴＳ（Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ）またはＧＴＳを含む合金から形成されていてもよい。

前記犠牲膜は、Ｔａから形成されていてもよい。また前記金属膜は、ＡｌまたはＡｌ合金から形成されていてもよい。

前記絶縁膜は、ＳｉＯ₂−ＺｎＳから形成されていてもよい。また前記保護膜は、ポリカーボネート（ＰＣ）から形成されていてもよい。

前記反射膜、前記相転移物質膜、前記犠牲膜、前記金属膜、前記上部絶縁膜及び前記下部絶縁膜は、化学気相成長法またはスパッタリング法を利用して堆積してもよい。

前記犠牲膜の前記酸化膜は、前記金属膜のホール内に成長してもよい。

本発明に係る光記録媒体製造方法によると、自己組立てにより形成されたカラム（self-assembled columns）を有する犠牲膜の酸化膜をマスクとして利用するため、相転移物質膜は光リソグラフ処理（photolithographic process）を行うことなく簡単にパターニングできる。このように製造された光記録媒体は、既存の光記録及び再生システムをそのまま利用しつつ記録及び再生できる利点がある。

以下、本発明に係る光記録媒体及びその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図２Ａ、図２Ｂ及び図３は、各々本発明の第一ないし第三の実施形態に係る光記録媒体の切断斜視図である。

（第一の実施形態）
図２Ａによると、本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体において、パターニングされた相転移物質膜（patterned phase transition material film）１０３は、ランド及びグルーブを有する基板１０１の上面に配置されている。絶縁膜（insulating film）１０９は、基板１０１及びパターニングされた相転移物質膜１０３の上面に堆積（蒸着）している。反射膜（reflection film）１１１及び保護膜（protection film）１１３は、絶縁膜（上部絶縁膜）１０９の上面に順に形成されている。絶縁膜１０９、反射膜１１１及び保護膜１１３は、それぞれランド／グルーブ構造（land-groove structure）を有しており、それぞれ同じ厚さに堆積している。

本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体において、データを記録及び再生するために放出される光は、透明な基板１０１に入射し、すなわち光記録媒体の背面に入射し、透明な基板１０１を透過する。基板１０１を透過した光は、パターニングされた相転移物質膜１０３で部分的に反射したり透過したりする。相転移物質膜１０３を透過して反射膜１１１に到達した光は、反射膜１１１で全部反射して透明な基板１０１を再透過した後、光検出器（図示せず）によって検出される。

（第二の実施形態）
図２Ｂによると、本発明の第二の実施形態に係る光記録媒体は、図２Ａの光記録媒体と類似しているが、第二の実施形態に係る光記録媒体は、基板２０１と相転移物質膜２０３との間の下部絶縁膜（lower insulation film）２０９ｂと、パターニングされた相転移物質膜２０３を覆う上部絶縁膜（upper insulation film）２０９ａとを備えた二重絶縁膜（double-layer insulation film）を有する点が異なっている。本発明の第二の実施形態に係る光記録媒体において、基板２０１がＰＣから形成されている場合には、下部絶縁膜２０９ｂが基板２０１の上面に形成されていることが望ましい。本発明の第二の実施形態に係る光記録媒体は、データを記録及び再生するために放出される光が透明な基板２０１を透過する背面入射方式（backward incident method）を採用している。なお図２Ｂにおいて、符号２１１は反射膜、２１３は保護膜である。

（第三の実施形態）
図３は、本発明の第三の実施形態に係る光記録媒体を示している。本発明の第一及び第二の実施形態に係る光記録媒体とは異なり、本発明の第三の実施形態に係る光記録媒体の反射膜３１１は、基板３０１と相転移物質膜３０３との間に介在している。第三の実施形態において、データを記録及び再生するために放出される光は、保護膜３１３に入射して透過する。光ピックアップ装置（図示せず）から放射されて保護膜３１３に入射した光は、パターニングされた相転移物質膜３０３で部分的に反射したり透過したりし、反射膜３１１に到達する。反射膜３１１で反射して保護膜３１３まで達した光は、光記録媒体から放出され、光検出器（図示せず）によって検出される。なお図３において、符号３０９は絶縁膜である。

アルミニウムが陽極酸化されてパターニングされる場合には、パターニングされた相転移物質膜１０３，２０３，３０３は、ナノドットが六角形状に配列されたハニカム状のマトリックス構造（honeycomb-like matrix structure）を有している。しかし、シリコンなどの他の物質がパターニングされる場合には、パターニングされた相転移物質膜１０３，２０３，３０３は、円筒形状のナノドットが異なる形に配列された別形状のマトリックス構造になりうる。

連続的な相転移物質膜を有する従来の光記録媒体とは異なり、本発明の前記各実施形態に係る光記録媒体は、ランド及びグルーブ上に形成されるパターニングされた相転移物質膜を有しており、データが高記録密度で記録可能である。

本発明の前記各実施形態に係る光記録媒体は、既存のＣＤまたはＤＶＤがデータを記録及び再生する方式と同一の方式でデータを記録及び再生する。さらに詳しくは、光ピックアップ装置が記録しようとするデータに関する信号を入力されれば、光ピックアップ装置は光記録媒体の所定位置上に移動し、所定位置に光を照射する。光は、情報を記録しようとする所望のスポットがある相転移物質膜のナノドットに収束される。このように相転移物質膜を加熱した後、相転移物質膜は冷却される。したがって、相転移物質膜の非結晶相（amorphous state）が結晶相（crystalline state）に変えられ、反射率が変わる。これら各相間に生じる反射率の差が、記録される情報に対応している。

データ再生時には、相転移物質膜は光を照射され、相転移物質膜で反射した光信号（optical signal）が検出される。相転移物質膜のデータが記録されたエリアとデータが記録されていないエリアとの間の反射率の差が、この光信号から検出される。検出された反射率の差から計算された反射光量の差を用いて、光記録媒体からデータが再生できる。

（光記録媒体の製造方法）
図４Ａないし図４Ｋは、本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。まず図４Ａに示されるように、ＰＣ、ガラスまたはシリコンからなる基板１０１が用意される。続いて図４Ｂに示されるように、ＧＴＳ系列の合金（Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ based alloy）からなる相転移物質膜１０３が、基板１０１の上面に堆積する。そして図４Ｃに示されるように、Ｔａ等の金属からなる犠牲膜１０５が、相転移物質膜１０３の上面に堆積する。

そして図４Ｄに示されるように、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属膜１０７が、犠牲膜１０５の上面に堆積する。そして図４Ｅに示されるように、金属膜１０７は陽極酸化（anodize）され、多数のホール１０８を有する金属酸化物膜（metal oxide film）１０７ａになる。

図５は、ランド／グルーブ構造を有するＰＣ基板上にアルミニウムを堆積し、アルミニウムを陽極酸化することによって形成された多数のホールを示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）写真である。図６は、図５の多数のホールが形成されたＰＣ基板の上面を示すＳＥＭ写真である。図５及び図６から、アルミニウムがアルミナに酸化されるときに、多数のホールが規則的に形成されることが分かる。これら多数のホールは、表面積を最も大きくするためにハニカム形状を有するように配列される。

また図４Ｅによると、相転移物質膜１０３及び犠牲膜１０５が基板１０１の上面に順に積層されており、多数のホールが配列された金属酸化物膜１０７ａが犠牲膜１０５の上面に形成されている。犠牲膜１０５の一部は、金属膜１０７が酸化溶液（oxidization solution）によって酸化されている間に形成されたホール１０８を介して露出される。これによって酸化膜１０５ａが、犠牲膜１０５からホール１０８内部にカラム形状（column shape；コラム形状、円柱形状）に成長する。犠牲膜１０５がＴａから形成されている場合には、酸化膜１０５ａはＴａＯ_Xから形成される。

図４Ｆに示されるように、金属酸化物膜１０７ａがエッチングされ、犠牲膜１０５と、犠牲膜１０５の酸化膜１０５ａとが相転移物質膜１０３の上面に残留する。犠牲膜１０５が完全に酸化されている場合には、犠牲膜１０５の酸化膜１０５ａだけが残留する。図７は、アルミニウムを陽極酸化して形成されたアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）がエッチングされた後に、Ｔａ犠牲膜から成長した多数のＴａＯ_Xカラムが相転移物質膜の上面に配列されたＰＣ基板を示すＳＥＭ写真である。図８は、本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法において、アルミナがエッチングされた後、多数のＴａＯ_XカラムがＰＣ基板上に堆積した相転移物質膜に残留する構造を示すＳＥＭ写真である。

図４Ｇに示されるように、イオンミリング法（ion-milling method）またはＲＩＥ法（Reactive Ion Etching method）を用い、マスクとして酸化膜１０５ａを用いて犠牲膜１０５及び相転移物質膜１０３をエッチングすることによって、相転移物質膜１０３はナノドットが配列されたハニカム形状の構造にパターニングされる。

図４Ｈに示されるように、犠牲膜１０５の酸化膜１０５ａは、パターニングされた相転移物質膜１０３からエッチングされ、相転移物質膜１０３だけが残留する。そして図４Ｉに示されるように、絶縁膜１０９が、スパッタリング法または化学気相成長法（ＣＶＤ法；Chemical Vapor Deposition method）を用いて基板１０１の上面に、パターニングされた相転移物質膜１０３を覆うように堆積する。ここで絶縁膜１０９は、ＳｉＯ₂−ＺｎＳから形成される。続いて図４Ｊに示されるように、Ａｌ合金またはＡｇ合金からなる反射膜１１１が、絶縁膜１０９の上面に形成される。そして図４Ｋに示されるように、保護膜１１３が、反射膜１１１の上面に堆積する。このようにして、第一の実施形態に係る、ナノドットが規則的に配列されたマトリックス構造を備えた相転移物質膜１０３を有する光記録媒体の製造が完了する。

以上、本発明の典型的な実施形態について詳細に説明したが、特許請求の範囲によって定義された本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変形可能であることは、当業者によって理解されることである。例えば、基板、反射膜、相転移物質膜、金属膜、犠牲膜、絶縁膜及び保護膜は、明細書で言及されたものと類似した性質を有する他の物質からなるものであってもよい。

本発明は、既存の光記録及び再生方式を利用して、高速でデータを記録及び再生できる相転移物質膜を有する高集積光記録媒体を提供する。また、この高集積光記録媒体の製造方法を提供する。

特許文献１に開示された光記録媒体の断面図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の切断斜視図である。本発明の第二の実施形態に係る光記録媒体の切断斜視図である。本発明の第三の実施形態に係る光記録媒体の切断斜視図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法を説明するための図である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法の工程における、ランド及びグルーブが形成されたＰＣ基板上にアルミニウムを堆積し、このアルミニウムを陽極酸化することによって形成された多数のホールを示すＳＥＭ写真である。図５の多数のホールが形成されたＰＣ基板の上面を示すＳＥＭ写真である。アルミナがエッチングされた後に、多数のＴａＯ_Xカラムが残留したＰＣ基板を示すＳＥＭ写真である。本発明の第一の実施形態に係る光記録媒体の製造方法における、アルミナがエッチングされた後に、多数のＴａＯ_XカラムがＰＣ基板に堆積した相転移物質膜に残留した構造を示すＳＥＭ写真である。

符号の説明

１０１基板
１０３相転移物質膜
１０９絶縁膜
１１１反射膜
１１３保護膜

Claims

基板上に相転移物質膜、犠牲膜及び金属膜を順に積層する第一工程と、
前記金属膜を陽極酸化して多数のホールを有する金属酸化物膜を形成し、前記ホールに露出された前記犠牲膜を陽極酸化する第二工程と、
前記金属酸化物膜を除去して前記犠牲膜の酸化物をマスクとして前記犠牲膜及び前記相転移物質膜をエッチングして前記相転移物質膜をパターニングする第三工程と、
前記犠牲膜の酸化物を除去してパターニングされた前記相転移物質膜の上面に上部絶縁膜、反射膜及び保護膜を堆積させる第四工程と、
を含むことを特徴とする光記録媒体製造方法。
基板上に反射膜、相転移物質膜、犠牲膜及び金属膜を順に積層する第一工程と、
前記金属膜を陽極酸化して多数のホールを有する金属酸化物膜を形成し、前記ホールに露出された前記犠牲膜を陽極酸化する第二工程と、
前記金属酸化物膜を除去して前記犠牲膜の酸化物をマスクとして前記犠牲膜及び前記相転移物質膜をエッチングして前記相転移物質膜をパターニングする第三工程と、
前記犠牲膜の酸化物を除去してパターニングされた前記相転移物質膜の上面に絶縁膜及び保護膜を堆積させる第四工程と、
を含むことを特徴とする光記録媒体製造方法。
前記基板と前記相転移物質膜との間に下部絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体製造方法。
前記基板は、ランドとグルーブとが交互に形成された構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記基板は、ポリカーボネート、ガラスまたはシリコンから形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記反射膜は、Ａｌ合金またはＡｇ合金から形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記相転移物質膜は、ＧＴＳ（Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ）またはＧＴＳを含む合金から形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記犠牲膜は、Ｔａから形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記金属膜は、ＡｌまたはＡｌ合金から形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記上部絶縁膜は、ＳｉＯ₂−ＺｎＳから形成されることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体製造方法。
前記絶縁膜は、ＳｉＯ₂−ＺｎＳから形成されることを特徴とする請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記下部絶縁膜は、ＳｉＯ₂−ＺｎＳから形成されることを特徴とする請求項３に記載の光記録媒体製造方法。
前記保護膜は、ポリカーボネートから形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記第一工程で、前記相転移物質膜、前記犠牲膜及び前記金属膜は、化学気相成長法またはスパッタリング法を利用して堆積することを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体製造方法。
前記第四工程で、前記上部絶縁膜及び前記反射膜は、化学気相成長法またはスパッタリング法を利用して堆積することを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体製造方法。
前記第一工程で、前記反射膜、前記相転移物質膜、前記犠牲膜及び前記金属膜は、化学気相成長法またはスパッタリング法を利用して堆積することを特徴とする請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記第四工程で、前記絶縁膜は、化学気相成長法またはスパッタリング法を利用して堆積することを特徴とする請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記下部絶縁膜は、化学気相成長法またはスパッタリング法を利用して堆積することを特徴とする請求項３に記載の光記録媒体製造方法。
前記第二工程で、前記犠牲膜が酸化されている間に、酸化された犠牲膜の一部が前記金属膜のホール内に成長し、酸化膜が得られることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記第三工程で、前記相転移物質膜は、多数のナノドット状のカラムが配列されたマトリックス構造を有するようにパターニングされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光記録媒体製造方法。
前記ナノドット状のカラムは、ハニカム形状構造を有するように配列されることを特徴とする請求項２０に記載の光記録媒体製造方法。