JP4238442B2 - 相変化型光ディスクの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学的に情報の記録、再生が可能な光ディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の相変化型光ディスク２０としては、図3に示される如く案内溝が形成された第１基板１１上に第１保護層１２と相変化型記録層１３と第２保護層１４と反射層１５とをこの順番に設け、反射層１５上に保護膜１６を形成したものが一般的に知られている。なお、１７は接着剤層、１８は第２基板である。レーザ光は、第１基板１１面側から入射される。そして、このような光ディスク２０は、例えば対物レンズの開口率（ＮＡ）０．６の光学系を使用したＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−ＲＷとして知られている。
【０００３】
最近では更に記録容量を高めるために、記録波長を短くし、高ＮＡの対物レンズを用いたシステムが提案されている。例えば記録再生に、波長４００ｎｍ付近の半導体レーザを用い、ＮＡ０．８５の光学系を使用して２０ＧＢ以上の容量を実証しているものである。しかるに、高ＮＡ化した場合に、透過する基板の厚さによる収差を抑えるため基板の光ビーム入射側の板厚を薄くする必要がある。ところが薄い基板上に案内溝を形成したり、記録媒体を成膜することは、製造上の難易度が高く、また基板の反りも大きくなる。
【０００４】
このため、図4に示される如く比較的板厚の厚い第１の基板１上に、まず反射層２と記録層４と保護層３，５からなる積層膜を順次設け、その後に板厚の薄い第２の基板７を接着剤層６を介して貼り合わせて相変化型光ディスク１０としたものが知られている。あるいは積層膜の表面に透明層をコートして形成することが特開平９−６３１２０号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、基板面１１側からレーザ光を照射して記録再生を行う従来の順方向に積層するタイプの光ディスク２０では、反射層１５の結晶粒界の影響はほとんど無視することができた。すなわち、レーザ光の入射面側から反射層の堆積が行われ核生成が微細に生じるため、反射層１５の界面は、平滑な表面を形成することが可能だからである。しかしながら、高ＮＡの光学系を用いた大容量光ディスク１０では、従来の光ディスク２０とは逆側の面である反射層２の表面側から記録ならびに再生光を照射して反射層２からの戻り光を検出するため、反射層２の表面の平坦度が信号品質に大きく影響を及ぼす。それは、現在反射層２として広く使われているＡｌ並びにＡｌ合金の薄膜は、柱状の結晶を生成し易く、これに起因して反射層２表面が荒れるためである。
【０００６】
この表面の生成過程は次のように考えられる。基板に薄膜原子が衝突してできた原子対などが核になり、核生成が生じる。薄膜形成の初期では薄膜の構造は島状である。次いで島の大きさの増加が生じ、優先方位をもって結晶成長する。島が大きくなり，隣同士の島が接触するようになったところで島の横方向への成長は完了し、垂直方向への成長が始まる。
【０００７】
そして、基板上に薄膜が堆積するにしたがい、ランダムな方向から飛来するスパッタリング粒子が柱状結晶の間に入り込めなくなり、シャドウィング効果によって柱状結晶間にボイドが生成され、柱状結晶先端の先細りが起こり、凹凸5-10nmの大きな表面を形成するためである。その結晶粒径は、100ｎｍ以上を示す場合もあり、この結晶粒界にボイドが生成されるため粒子の配向性が悪く、膜の表面での光の散乱が大きく、このため大きなノイズが発生する。例えばＤＶＤの最短マークである３Ｔ信号（長さ０．４μｍ、幅０．３μｍ、ピット深さ６５ｎｍ）に対し、無視できないほどの大きさとなる。
【０００８】
さらに短波長化して青色の半導体レーザを使用した場合には、記録マークやエンボスピットあるいは記録再生光の案内溝のサイズが小さくなるため、結晶粒径の大きな反射層の形成によりこれらのパターンが埋められてしまい再生信号が取り出せなくなってしまうこともある。
【０００９】
さらに、従来の順方向に積層するタイプの光ディスク２０とは逆の順番で積層膜を形成するので、一番最初に形成される反射層２の形態がこの後に設ける保護層３，５や記録層４に反映されることになり、平坦度が損なわれた積層膜が形成されることになる。このため、従来の光ディスク２０に比べ、ノイズが高く、ジッタが高くなる。そして、これにともない、書き換え回数も低下する。
【００１０】
例えば、この反射層２の形成に際し、特開平９−６３１２０号公報ではイオンビームスパッタリング法が用いらている。この成膜方法はＤＶＤやＣＤの作製に使われているＤＣマグネトロンスパッタと異なり装置を新たに導入する必要があり生産コストが増加する。また、記録層を成膜する直流（ＤＣ）マグネトロンスパッタと保護膜を成膜する交流（ＲＦ）スパッタならびにイオンビームスパッタを一体の成膜装置に組み込む事は技術的に難しい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の相変化型光ディスクの製造方法を提供する。
所定の材料からなり所定の厚さを有する反射層を備えた相変化型光ディスクを製造する相変化型光ディスクの製造方法において、第１の基板上に前記所定の材料をＤＣスパッタリング法により第１の成膜速度で成膜して第１の反射膜を形成し、前記第１の反射膜上に前記所定の材料をＤＣスパッタリング法により前記第１の成膜速度よりも速い第２の成膜速度で成膜して単層または複数の層からなる第２の反射膜を形成して、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜とからなる前記反射層を形成する第１のステップと、前記第１のステップ後に、前記反射層上に第１の保護層を形成する第２のステップと、前記第２のステップ後に、前記第１の保護層上に相変化型の記録層を形成する第３のステップと、前記第３のステップ後に、前記相変化型の記録層上に第２の保護層を形成する第４のステップと、前記第４のステップ後に、前記第２の保護層と第２の基板とを接着剤層を介して貼り合わせる第５のステップと、を有する相変化型光ディスクの製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る相変化型光ディスク10の一実施例を示す断面図である。図中１は第１の基板で、レーザー光を案内するプリグルーブ、プリピットあるいは書き換えができない再生信号をエンボスピットで設ける。基板１の材質は、ポリカーボネート、ポリオレフィン、アクリル等のプラスチック基板やガラス基板が用いられる。また、第１の基板を通して、レーザー光は入射しないのでアルミニウム板のような透光性を有しない金属板を用いることもできる。レーザー光を案内するプリグルーブやプリピットは、直接、射出成形されたり、スタンパー上にフォトポリマーを滴下しその上に平滑な第１の基板を載せてポリマーを硬化する２Ｐ法（フォトポリマー法）で形成される。
【００１３】
また、ＣＡＶ（constant angular velocity 角速度一定）やＣＬＶ（constant linear velocity線速度一定）あるいはＺＣＡＶ（zone constant angular velocity ）やＺＣＬＶ（zone constant linear velocity ）のフォーマットがされ、各セクターの先頭にはアドレス信号がエンボスピットとしてあらかじめ記録されてもよい。ユーザーが使用する情報エリアは、空溝で構成され、必要に応じてウォブルされている。グルーブ記録またはランド記録またはランドグルーブ記録方式が選択される。ランドとグルーブに記録を行う場合には、ランド部とグルーブ部の再生信号がそれぞれ同等になるようランドとグルーブの幅が決められる。トラックピッチは、０．１〜１．６μｍ、溝深さは、１０〜２００ｎｍが好ましい。
【００１４】
第１の基板１を真空成膜装置に設置し、第１反射層２１と第２以上の反射層２２、２３と第１保護層３と相変化型記録層４と第２保護層５とを順次形成する。成膜方法は、抵抗加熱型や電子ビーム型の真空蒸着、直流や交流スパッタリング、反応性スパッタリング、イオンビームスパッタリング、イオンプレーティング等が用いられる。
【００１５】
反射層２は、同一材料からなる２層以上の反射層から構成される。例えば、第１反射層２１と、第２の反射層２２と、第n（nは３以上）反射層２３とから構成される。まず、第１反射層２１の成膜速度は、第２以上の反射層２２、２３の成膜速度よりも遅くする。こうすることにより、第１反射層２１の金属の表面荒さ（粒径）が最も小さくなりこの上に堆積する第２以上の反射層２２、２３の粒径は、第１反射層２１よりは大きいものの、分割しない場合よりも減少してその表面性が平滑になる。図2に結晶粒径の分布を示す。この図2より明らかな如く、再生時のキャリアレベルが増大しノイズが減少する。さらに書き換えによる、ジッタの増加が抑制され、書き換え回数が延びる。
【００１６】
第１の基板１側の反射層（第１反射層）２１を低成膜速度で堆積すると、前記第１反射層２１の表面の荒さが低減する理由は、次のように考えられる。低成膜速度で堆積すると基板上での核生成数が増えるため、薄膜形成の初期段階での島の大きさが小さくなり、柱状結晶の径（粒径）が細くなる。すなわち、粒子の配向性が良くなる。また、島と島の間にもスパッタリング粒子が入り込むためボイドの発生も少なくなり先細りも減少する。また、スパッタプロセスを分割することは、結晶成長が継続しないようにする効果もある。こうして結晶粒径が細かくなり緻密で平坦な薄膜が形成されることにより、光の散乱が小さくなる。
【００１７】
反射層２は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｐｔ、Ｓｉなどの金属あるいは半導体、これらの合金や半導体が用いられる。金属単体よりも金属あるいは半導体を添加した方が結晶粒が小さくなるので好ましい。また、高温高湿下における安定性を改善する上でも添加物を含ませた方がよい。例えば、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｚｒ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ等の合金が上げられる。波長４００ｎｍ台の青色半導体レーザを使用するときは、Ａｌ系やＡｇ系の合金を用いた方が高い反射率を得ることができる。
【００１８】
第１反射層２１の膜厚は５〜１００ｎｍ、第２以上の反射層２２の膜厚は、３０〜２００ｎｍとするのがよい。反射層２は、たとえば一つのカソードを使って、同一真空槽内で第１反射層２１と第２以上の反射層２２、２３を順次積層したり、２つ以上のカソードを使い、別々の真空槽で第１反射層と第２以上の反射層２２、２３を順次積層したりして形成する。
【００１９】
基板を１枚ずつ搬送し、各層を複数の真空槽で成膜する枚葉式スパッタ装置を用い、全体の膜厚が１５０ｎｍの反射層２を形成する場合、１つ目の真空槽で第１反射層２１を成膜速度２ｎｍ/sで形成し、２つ目と３つ目の真空槽で第２および第３反射層を成膜速度６．５ｎｍ/sで形成すれば、１０秒間という短時間でディスクを次々と成膜することができる。第１反射層２１の成膜速度を低下させるため、第２反射層２２以上を第１反射層２１よりも高速で成膜することにより積層膜全体の成膜に要する時間を短縮することができる。反射層２を３分割以上にすればさらに成膜時間を短縮することが可能である。
【００２０】
第１保護層３ならびに第２保護層５は、金属の酸化物、窒化物、硫化物やこれらの混合物が用いられる。例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ2、ＺｎＳ，ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＳｉＯＮ，ＺｒＯ2、ＴｉＯ2などの単体あるいはこれらの混合物が用いられる。
【００２１】
第１保護層３の膜厚は第２保護層５よりも薄く、いわゆる急冷構造をとり、熱的ダメージを軽減するために膜厚は２〜５０ｎｍとするのがよい。好ましくは第1保護層3の成膜速度は、第2保護層5の成膜速度よりも遅くする。こうすると書き換えによる、ジッタの増加が抑制され、書き換え回数が延びる。
【００２２】
４は相変化型記録層でアモルファス−結晶間の反射率変化あるいは位相変化を利用する相変化材料が用いられる。Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系、Ａｇ−Ｉｎ−Ｔｅ−Ｓｂ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｂ−Ｔｅ系などＴｅあるいはＳｂを主成分とした合金があげられる。この相変化型記録層４の膜厚は、１０〜１００ｎｍ、好ましくは、記録感度を上げ、かつ再生信号を増大させるために、１０〜３０ｎｍとするのがよい。さらに、図示はしないが相変化型記録層4の片面あるいは両面に、消去率を向上するための結晶化促進層や、経時変化を低減し書き換え性能を向上するための不純物拡散抑制層や、付着力強化層を設けることもできる。
【００２３】
５は第２保護層で第１保護層３と同じ材料が用いられる。第２保護層５の膜厚は、１０〜２００ｎｍの範囲にある。使用する光源の波長によって最適膜厚は変動するが、好ましくは、再生信号を増大させるために、４０〜１５０ｎｍとするのがよい。記録レーザ光が青色（波長４００ｎｍ程度）の場合には、４０〜６０ｎｍにすると変調度が大きく取れる。
【００２４】
接着剤層６は、成膜したディスクを大気中に取り出し、第２保護層５上に紫外線硬化樹脂を塗布して形成される。膜厚は、１〜２００ミクロンである。塗布方法としては、スピンコート法、スプレー法、ディップ法、ブレードコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法等が用いられる。接着剤層６としての紫外線硬化樹脂は、少なくともプレポリマ−、単官能アクリレ−トモノマ−、多官能アクリレ−トモノマ−等と光重合開始剤からなる。この接着剤層６は、記録再生光の波長に対し、吸収がなく透明である。成膜から第２の基板７の貼り合わせまで時間をあける場合や、工程上、成膜済み基板の搬送が必要な場合には、紫外線硬化樹脂による保護膜を1〜20μｍ設けるのが好ましい。
【００２５】
７は第２の基板で、ポリカーボネート、ポリオレフィン、アクリル等の透光性のプラスチック基板やガラス基板が用いられる。この第２の基板７の厚さは、０．０１ｍｍ〜１．２ｍｍである。ＮＡが大きい場合には、球面収差の影響を抑制するため基板厚は薄くなる。必要に応じて第２の基板７上にハードコートや帯電防止剤を設けることもできる。記録装置への装着性やハンドリング上の保護性を向上するために、媒体をカートリッジに入れて使用することもできる。
【００２６】
こうして作製した光ディスク１０にレーザー光やフラッシュランプ等を照射して、相変化型記録層４を結晶化温度以上に加熱し、初期化処理を行う。実用的には、光ディスク１０に照射されるレーザビームはトラック幅よりも大きなビーム径を有し、好ましくは半径方向に長く、ディスクを回転しながら複数のトラックを同時に初期化する。
【００２７】
【実施例１】
トラックピッチ０．７４μｍ、溝深さ３０ｎｍのプリグルーブ（グルーブ幅０．３μｍ、ランド幅０．４４μｍ）が設けられた板厚０．６ｍｍのポリカーボネート基板（第１の基板）１上に、第１反射層２１、第２反射層２２、第１保護層３、相変化記録層４、第２保護層５をスパッタリングによって順次成膜し積層膜とした。具体的には、真空度１×１０−６Torr以下に排気した後、Ａｒガスを流し２mTorrの雰囲気で積層膜を形成した。積層膜を形成するに際し、はじめに反射層２を２分割して全体で１５０ｎｍ形成した。まず、Ａｌ（９９．９９％）をＤＣ（直流）スパッタリングして第１反射層２１として２０ｎｍ設けた。成膜速度は０．１ｎｍ／ｓと低速で行った。
【００２８】
次に、一度ＤＣ電源のパワ−を切った後に、新たにパワ−を入れ直し同一ターゲットで第２反射層２２を第１反射層の６倍の成膜速度０．６ｎｍ／ｓで１３０ｎｍ設けた。この上にＺｎＳ−ＳｉＯ2（８０：２０ｍｏｌ％）をＲＦ（高周波）スパッタリングして第１保護層３として１７ｎｍ設けた。成膜速度は０．０８ｎｍ／ｓである。ついで相変化記録層４としてＡｇ４（at％）Ｉｎ４（at％）Ｓｂ６３（at％）Ｔｅ２９（at％）をＤＣスパッタリング法で２０ｎｍ形成した。この上に第２保護層５としてＺｎＳ−ＳｉＯ2（８０：２０ｍｏｌ％）をＲＦスパッタリング法で７５ｎｍ成膜した。成膜速度は０．２ｎｍ／ｓである。
【００２９】
真空チャンバーからディスクを取り出した後、接着剤層６として紫外線硬化樹脂（住友化学製 ＸＲ９８）を第２保護層５上にスピンコートし、未硬化の状態のうちに板厚０．６ｍｍのポリカーボネート基板（第２の基板）７をのせて貼り合わせ、紫外線をこの第２の基板７を通して照射して接着剤層６を硬化させて光ディスク１０を得た。接着剤層６の膜厚は、８μｍであった。
【００３０】
次に、この光ディスク１０の記録再生特性を調べた。
まず、光ディスク１０を回転しながら第２の基板７側からレーザー光を照射して相変化記録層４をアモルファス状態から反射率の高い結晶状態へ相変化させて初期化した。基板７側から相変化記録層４のグルーブ部に記録を行った。グルーブは、レーザー光の入射方向からみて凸状になっている。
【００３１】
記録の条件は、記録レーザ波長は６３５ｎｍ、対物レンズのＮＡは０．６で、変調信号や記録ストラテジ等はＤＶＤ−ＲＷのＢＯＯＫver.０．９に従った。ピークパワー１５．０ｍＷ，バイアスパワー７．５ｍＷ。ボトムパワー０．５ｍＷでレーザ光を変調して記録し、０．７ｍＷの再生光で再生を行った。標準偏差σをウィンド幅Ｔｗで割った値であるジッタをならびに最短マークである３Ｔ信号のキャリアとノイズレベルを測定した。初期ジッタは、９．１％、ダイレクトオーバーライト１０００回後のジッタは２．５％増加した。初期のキャリアレベルは２３．４ｄＢｍ、初期のノイズレベルは７１．５ｄＢｍであった。この条件で作製した光ディスク２０は、ノイズが低く多数回の書き換え後でも十分に低いジッタを示し、従来の光ディスク２０と同等の信号品質を示した。
【００３２】
【実施例２】
実施例１と同様に反射層２を２分割して形成した。第１反射層２１として１００ｎｍ設けた。成膜速度は０．１ｎｍ／ｓと低速で行った。次に、第２反射層２２を第１反射層２１の６倍の成膜速度０．６ｎｍ／ｓで５０ｎｍ設けた。これ以外は実施例１と同様にして光ディスク１０を作製し、記録再生特性を調べた。初期ジッタは、１０．２％、ダイレクトオーバーライト１０００回後のジッタは１．８％増加した。初期のキャリアレベルは２３．９ｄＢｍ、初期のノイズレベルは７０．５ｄＢｍであった。この条件で作製した光ディスク１０は、ノイズが低く多数回の書き換え後でも十分に低いジッタを示し、従来の光ディスク２０と同等の信号品質を示した。
【００３３】
【実施例３】
実施例１と同様の材料構成で、反射層２だけを３分割して形成した。第１反射層２１として低速の成膜速度０．１ｎｍ／ｓで５０ｎｍ設けた。次に、第２反射層２２として低速の成膜速度０．２ｎｍ／ｓで５０ｎｍ設けた。さらに第３反射層２３として高速の成膜速度０．６ｎｍ／ｓで５０ｎｍ設けた。これ以外は実施例１と同様にして光ディスク１０を作製し、記録再生特性を調べた。初期ジッタは、１０．０％、ダイレクトオーバーライト１０００回後のジッタは１．６％増加した。初期のキャリアレベルは２３．７ｄＢｍ、初期のノイズレベルは７０．３ｄＢｍであった。この条件で作製した光ディスク１０は、ノイズが低く多数回の書き換え後でも十分に低いジッタを示し、従来の光ディスク２０と同等の信号品質を示した。
【００３４】
以上、実施例１〜実施例３より明らかな如く、第１の反射層２１の成膜速度を第２のそれより遅く設定したことにより、第１の反射層２１の表面粗さ（粒径）が第２のそれより低減されるので、粒子の配向性が良くなり、表面での光の散乱が小さくなるので、再生時のキャリアが増大しノイズが減少する。さらに書き換えによる、ジッタの増加が抑制され、書き換え回数が延びるものである。
【００３５】
【比較例１】
反射層２を分割せずに形成した。成膜速度０．６ｎｍ／ｓで１５０ｎｍ設けた。これ以外は実施例１と同様にして光ディスク２０を作製し、記録再生特性を調べた。初期ジッタは、１６．７％、ダイレクトオーバーライト１０００回後のジッタは５．０％増加した。初期のキャリアレベルは２４．８ｄＢｍ、初期のノイズレベルは６０．５ｄＢｍであった。この条件で作製した光ディスク１０は、初期状態からノイズが高く、ＤＶＤのシステムが破綻するジッタ値１５％を越えて信号品質が順方向に成膜した光ディスクよりも劣っていた。
【００３６】
【比較例２】
実施例１と同様に反射層を２分割して形成した。第１反射層２１として６０ｎｍ設けた。成膜速度は０．６ｎｍ／ｓと高速で行った。次に、第２反射層２２を第１反射層の１／６の低速の成膜速度０．１ｎｍ／ｓで９０ｎｍ設けた。これ以外は実施例１と同様にして光ディスク１０を作製し、記録再生特性を調べた。初期ジッタは、２３．３％、ダイレクトオーバーライト１０００回後のジッタは測定できなかった。初期のキャリアレベルは２３．３ｄＢｍ、初期のノイズレベルは５９．５ｄＢｍであった。この条件で作製した光ディスク１０は、初期状態からノイズが高く、ＤＶＤのシステムが破綻するジッタ値１５％を越えて信号品質が順方向に成膜した光ディスク２０よりも劣っていた。
【００３７】
このように、比較例１，比較例２の構成によれば、反射層２を分割しない構成、及び分割したとしても第１反射層２１の成膜速度を第２反射層２２の成膜速度より早く設定してあるので、第１反射層２１の表面粗さが増大し、従って、再生時のキャリアが減少しノイズが増大する。更に、書き換えによるジッタが増大し、書き換え回数が減少するものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の光ディスクと同等のジッタならびに書き換え回数を得ることができると共に、反射層を２層以上に分割するだけでよいので、容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る相変化型光ディスクの一実施例を示す断面図である。
【図２】反射層の結晶粒径の分布を示す断面図である。
【図３】従来の相変化型光ディスクの一実施例を示す断面図である。
【図４】従来の相変化型光ディスクの他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 第１基板
２ 反射層
３ 第１保護層
４ 相変化型記録層
５ 第２保護層
６ 接着剤層
７ 第２基板
１０ 相変化型光ディスク
２１ 第１反射層
２２ 第２反射層

Claims (1)

1. 所定の材料からなり所定の厚さを有する反射層を備えた相変化型光ディスクを製造する相変化型光ディスクの製造方法において、
   第１の基板上に前記所定の材料をＤＣスパッタリング法により第１の成膜速度で成膜して第１の反射膜を形成し、前記第１の反射膜上に前記所定の材料をＤＣスパッタリング法により前記第１の成膜速度よりも速い第２の成膜速度で成膜して単層または複数の層からなる第２の反射膜を形成して、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜とからなる前記反射層を形成する第１のステップと、
   前記第１のステップ後に、前記反射層上に第１の保護層を形成する第２のステップと、
   前記第２のステップ後に、前記第１の保護層上に相変化型の記録層を形成する第３のステップと、
   前記第３のステップ後に、前記相変化型の記録層上に第２の保護層を形成する第４のステップと、
   前記第４のステップ後に、前記第２の保護層と第２の基板とを接着剤層を介して貼り合わせる第５のステップと、
   を有する相変化型光ディスクの製造方法。

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