JP4244090B2

JP4244090B2 - 光学的情報記録用媒体

Info

Publication number: JP4244090B2
Application number: JP32789099A
Authority: JP
Inventors: 克則大嶋
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: JP2001143326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の照射により原子の配列が変化して情報の記録および消去が行なわれる光情報記録媒体であって、特に波長４００nm付近の光で良好な光記録、再生を可能にする高密度光記録媒体（光ディスク）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームの照射による情報の記録、再生及び消去可能な光メモリー媒体の一つとして、結晶−非晶質間、あるいは結晶１−結晶２の２つの結晶相間の転移を利用する、いわゆる相変化型記録媒体がよく知られている。
相変化形型記録媒体は、Ｔｅ、Ｓｅ等のカルコゲンを主成分とした記録層と、この記録層を両面から挟み込む透光性誘電体層と、レーザ光の入射側とは反対に設けた反射層と、保護層から構成されている。代表的な材料系に、ＧｅＳｂＴｅ系、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系材料が良く知られていて、実用化されている。
【０００３】
記録原理は次の通りである。成膜直後の記録層は非晶質状態で反射率は低い。まず初めに、レーザ光を照射して記録層を加熱し、ディスク全面を反射率の高い結晶状態にする。すなわち、初期化を行う。初期化した光ディスクにレーザ光を局所的に照射して、記録層を溶融、急冷し、アモルファス状態に相変化させる。相変化に伴い記録層の光学的性質（反射率、透過率、複素屈折率等）が変化して、情報が記録される。再生は、記録時より弱いレーザ光を照射して、結晶とアモルファスとの反射率差、または位相差を検出して行う。書き換えは、結晶化を引き起こす低エネルギーの消去パワーの上に重畳した記録ピークパワーを記録層に投入することにより、消去過程を経ることなくすでに記録された記録マーク上にオーバーライトする。
【０００４】
ＤＶＤ-ＲＡＭ等のようにこれまで開発され商品化されてきた光ディスクは、ポリカーボネート製等の基板上にそれぞれの目的に合った薄膜を成膜して作製され、基板を通して記録、再生用レーザ光が照射されるタイプであった。これらの光ディスクの持つ記録密度に於いては、ディスク基板の厚みが問題になることは少なかった。
【０００５】
相変化型記録媒体は、記録容量を決定する要素としてレーザ光の波長、集光レンズのＮＡ（開口数）が大きく作用する。これまでのＤＶＤで用いられてきた信号フォーマットをそのまま用いて７〜８ＧＢ以上の容量をもつ媒体を実現するためには、ＮＡを高くするか記録再生光を短波長化するしかない。現在では、発振波長６５０ｎｍのレーザを用いた記録再生装置が商品化されている。
【０００６】
更に高容量の媒体を目指しレーザの短波長化が盛んに検討されている。中でも４００ｎｍ付近の波長を持つ半導体レーザの開発が盛んである。レーザの短波長化に伴いレンズの高NA化も進められている。しかしながら、高ＮＡ化したレンズと短波長化したレーザ光による高密度化が進められると、今度は、ディスクのチルト角（レーザ光軸に対してディスク面が垂直からずれる角度）マージン等の都合からディスク基板の厚みが問題になってくる。
【０００７】
この問題を解決する技術として、これまでの基板側からの記録再生光の照射型ディスクではなく、積層する膜を逆順に成膜した、即ち基板ー反射層ー第２保護層ー記録層ー第１保護層の順に積層し第１保護層側から記録再生光を照射するタイプのディスクに関する技術が開発されてきた。
ところが各層材料は、それまでの基板側照射型と大きな相違はなく、反射層もＡｌやＡｌ合金を用い、スパッタリング等の真空成膜により作製されるものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
現在規格が発表されているＤＶＤ-ＲＡＭや規格化が進められているＤＶＤ+ＲＷ等の書換が可能な光ディスクの記録再生機に使用されるレーザ光線は、波長が６５０〜６８０ｎｍのものである。これらの光ディスクを構成する層は、グルーブ（溝）を設けた基板上に第１保護層、記録層、第２保護層、反射層の順に成膜されている。
【０００９】
更に高密度記録再生を目指して開発が進められている光ディスクは、短波長化レーザと高NA化レンズの光学系を用いたシステムに対応するため、基板上に反射層、第２誘電体からなる第２保護層、記録層、第１誘電体からなる第１保護層というこれまでとは逆の順番に成膜され、前記基板とは異なる側から光を照射して情報の記録及び消去が行われているものである。このような構造をとることで短波長化、高ＮＡ化によるディスクチルトマージン等の課題を解決しようとしている。（特開平１１−１２０６１３号公報）
【００１０】
一方、このような逆順に積層された型の光ディスクでも、各層材料は、それまでの基板側照射タイプのディスクと殆ど同様なものであり、反射層もＡｌ或いはＡｌ合金が用いられている。このＡｌ、Ａｌ合金のスパッタリングされた膜の表面状態は、大きな結晶粒が多数見られ、ミクロ的に見れば平滑性がかなり劣る荒れた状態であった。これまでの基板側照射タイプのディスクにおいて、反射層は誘電体からなる保護層上に成膜される。従って、反射層の界面は保護層表面と接することにより平滑な表面を形成することが可能であったため、悪影響を及ぼすようなことはなかった。
【００１１】
しかしながら、記録再生レーザ光の短波長化と高ＮＡ化に対応した高密度光記録媒体では、基板の上に第一層目として反射層を成膜する。ところが反射層のレーザ光照射面の表面は、前記した如く荒れた状態になっており、それ以降の保護層等がその荒れを継承して積層されることになる。このため記録再生時には、レーザ光の乱反射等を招きディスクのノイズ成分の原因となり、ディスクの記録再生特性に悪影響を及ぼすという課題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、次の手段を有する。
１）基板と、前記基板上に形成され、Ａｌ（アルミニウム）よりも形成される結晶粒が小さい金属またはその合金を含む金属層と、前記金属層上に、前記金属層の表面の結晶状態を継承して形成され、Ａｌまたはその合金を含む反射層と、を備え、レーザ光が前記基板とは反対側から前記反射層に照射されることにより、所定の情報が記録または再生される光学的情報記録用媒体である。
２）前記金属層は、Ａｕ（金），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ａｇ（銀），Ｐｔ（白金），Ｎｉ（ニッケル），及びＰｄ（パラジウム）の内のいずれか１元素またはその合金を含んでいることを特徴とする１）記載の光学的情報記録用媒体である。
３）前記金属層は、その厚さが５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする１）または２）に記載の光学的情報記録用媒体である。
４）基板と、前記基板上に形成され、Ａｌ（アルミニウム）よりも形成される結晶粒が小さい金属またはその合金を含む金属層と、前記金属層上に、前記金属層の表面の結晶状態を継承して形成され、Ａｌまたはその合金を含む反射層と、前記反射層上に形成され、誘電体を含む保護層と、前記保護層上に形成され、所定の情報が記録される記録層と、前記記録層上に形成され、誘電体を含む他の保護層と、を備え、レーザ光が前記基板とは反対側から前記反射層に向かって照射されることにより、前記情報が記録または再生される光学的情報記録用媒体である。
５）前記金属層は、Ａｕ（金），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ａｇ（銀），Ｐｔ（白金），Ｎｉ（ニッケル），及びＰｄ（パラジウム）の内のいずれか１元素またはその合金を含んでいることを特徴とする４）記載の光学的情報記録用媒体である。
６）前記金属層は、その厚さが５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする４）または５）に記載の光学的情報記録用媒体である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明になる光ディスクの背景につき説明する。
これまでに反射層として用いられてきたＡｌ、Ａｌ合金は、スパッタリング等の真空成膜を行うと膜中で結晶粒の成長が局所的に見られる。このため大きな柱状の結晶が局在するために、薄膜表面は凹凸の激しい荒れた状態になってしまう。
【００１４】
現在のＤＶＤ等に見られる記録再生型の光ディスクは、基板側からレーザ光が入射するために、反射層のレーザ照射面は保護層上に形成され界面を形成する。このため、反射層のレーザ光の照射される面の表面は、保護層の表面が反映され平滑性が保たれたものであった。
【００１５】
一方、高密度化を目的に記録再生レーザ光の短波長化、光ピックアップのレンズ高ＮＡ化を施したシステム用の媒体は、チルトマージンの確保のため基板上にそれまでとは逆順に成膜するという技術が開発されてきた。このような媒体は、先ず第一に、反射層が成膜される。次に、誘電体で形成された第２保護層を成膜し、続けて記録層、第１保護層という順で成膜されるので、反射層の表面の状態がその次に成膜される第２保護層、記録層、第１保護層に反映されてしまう。この反射層の表面は、前記したように荒れが著しい。また高密度化を目的とした媒体なので、記録再生するマークも現行ＤＶＤより更に微小になる。従って、この反射層表面の荒れは媒体の記録再生特性に大きく影響してしまう。
【００１６】
ところで金属等の結晶は、下地となる他の結晶の表面状態と良く符合する結晶面の育成が見られるという性質がある。そこで、反射層に用いられる単一金属や合金より結晶粒径が小さく平滑な表面を形成する金属を下地層として成膜することにより、反射層の表面状態を改善させるという発明に至った。このように、表面状態が平滑に改善された反射層上に誘電体で形成された保護層を介して記録層、保護層という順で積層した場合は、平滑な表面状態を反映すると共に記録再生特性においても良好なものが得られるものである。
【００１７】
以下本発明の実施形態につき、図１〜図３を用いて説明する。なお本発明は以下に述べるような実施例の構造、使用物質に限定されるものではない。図1は、本発明になる光ディスク１０の模式図、図２は、反射層に下地膜を設けた光ディスクの断面形状を示す説明図、図３は、反射層に下地膜を設けない光ディスクの断面形状を示す説明図である。
【００１８】
図1は本発明になる光ディスク１０の模式図で、1は基板であり、この基板１には、レーザ光の案内をするための溝１a等が形成されている。先ず、溝１a等が形成されている基板１上に下地膜２を成膜する。下地膜２は、この下地膜２上に積層される反射層３に用いられる金属の結晶粒径より小さい結晶粒を形成する金属である。これまでに通常用いられてきた反射層３は、ＡｌやＡｌに添加金属を加えた合金が殆どであった。従って下地膜２としては、Ａｌより結晶粒の小さな金属を用いる。たとえばＡｕ,Ｇｅ,Ａｇ,Ｐｔ,Ｎｉ,Ｐｄ等やこれらを主成分とする合金が好ましい。
【００１９】
このような物質をスパッタリングなどにより真空成膜し、基板１上に反射層３より結晶粒径が小さい下地膜２を形成する。下地膜２は、表面が均一に形成され発明の効果が現れるために５ｎｍ以上成膜するのが好ましい。すなわち、下地膜２は、スパッタリングされた金属原子の薄膜により形成されるが、その原子が均一に基板上に膜面を形成するにはある程度の厚みが必要になるからである。また、下地膜２が滑らかでないと、その上に成膜する反射層３は、平滑性が得られないからである。
【００２０】
一方上限は、記録感度等の媒体特性を大きく変るほどの影響が大きくならないように４０ｎｍ以下にすることが好ましい。このような条件なら、これまでに研究開発が行われ見出されてきた媒体の材料組成、膜厚構造等を大きく変更することなく用いることが出来る。
【００２１】
また、反射層３として、これまで多くの光ディスクに用いられてきた比較的安価なＡｌ，Ａｌ合金を用いることができるので、コスト的にも有利である。このようにして、下地膜２上に反射層３を形成する。反射層３は下地膜２の表面の結晶状態を継承して平滑な表面を維持した状態で積層される。
【００２２】
そして、この反射層３上に誘電体からなる第２の保護層（上保護層）４を成膜し、この第２の保護層４上に記録層５、この記録層５上に再び誘電体からなる第１の保護層（下保護層）６と順次に成膜する。これらの膜も平滑な反射層３上に積層されるので、その平滑性を維持したまま積層できる。実用的には更に第１の保護層６に記録再生光が透過する樹脂等からなる接着層７を挟んでガラスやポリマー等の薄いカバー層８を設けて光ディスク１０を完成させる。
【００２３】
本発明の第２、第１保護層４，６は、記録時に基板１、記録層５などが熱によって変形し記録特性が劣化することを防止するなど、基板１、記録層５を熱から保護する効果がある。さらに、記録層５の結晶化を促進して、消去率を向上させる効果もある。この第２、第１保護層４，６としての誘電体は、例えば、ＺｎＳ，ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄などの無機薄膜で構成される。
【００２４】
特に、Ｓｉ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａなどの金属あるいは半導体の酸化物の薄膜、Ｓｉ、Ｇｅ，Ａｌなどの金属、あるいは半導体の窒化物の薄膜、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉなどの金属あるいは半導体の炭化物の薄膜、ＺｎＳ、Ｉｎ₂Ｓ₃、ＴａＳ₄、ＧｅＳ₂等の金属あるいは半導体の硫化物の薄膜、及びこれらの化合物の２種類以上の混合物の膜が、耐熱性が高く、化学的に安定なことから好ましい。さらに、記録層への保護層を構成する原子の拡散がないものが好ましい。
【００２５】
これらの酸化物、硫化物、窒化物、炭化物は、必ずしも化学量論的組成をとる必要はなく、屈折率、消衰係数等の制御のために、必要に応じて組成を制御したり、混合して用いたりすると効果があがるものである。また、これらにＭｇＦ₂などのフッ化物を混合したものも、膜の残留応力が小さいことから好ましい。特にＺｎＳとＳｉＯ₂の混合膜は、記録、消去の繰り返しによっても、記録感度、Ｃ／Ｎ、消去率などの劣化が起きにくいことから好ましい。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明になる光ディスク１０の製造方法について述べる。下地膜２、反射層３、記録層５、第２、第１の保護層４，６などを基板１上に形成する方法としては、公知の真空中での薄膜形成法である、例えば真空蒸着法（抵抗加熱型や電子ビーム型）、イオンプレーティング法、スパッタリング法（直流や交流スパッタリング、反応性スパッタリング）などがあげられる。特に組成、膜厚のコントロールが容易であることから、スパッタリング法が好ましい。成膜前の真空度は、１×１０-4Ｐａ以下にするのが好ましい。真空槽内で複数の基板を同時に成膜するバッチ式や基板を１枚ずつ処理する枚葉式成膜装置を使うことが好ましい。
【００２７】
形成する反射層３、記録層５、第２、第１の保護層４，６などの厚さの制御は、スパッタ電源の投入パワーと時間を制御したり、水晶振動型膜厚計などで堆積状態をモニタリングすることで、容易に行えるものである。
【００２８】
下地膜２、反射層３、記録層５、第２、第１の保護層４，６などの形成は、基板１を固定したまま、あるいは移動、回転した状態のどちらでもよい。膜厚の面内の均一性に優れることから、基板１を自転させることが好ましく、さらに公転を組合わせることがより好ましい。
【００２９】
【実施例１】
次に本発明の一実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本発明の効果を確認すべく以下のようなサンプルを作成した。先ず、トラックピッチ０．７４μｍの案内溝が形成された厚さ０．６ｍｍ、直経１２０ｍｍのポリカーボネート製基板１の上に、下地膜２としてＡｕをスパッタリング法により成膜した。成膜は次のような具体的手順で行った。すなわち、基板１を毎分６０回転で遊星回転させながら、スパッタリング法により真空成膜するに際し、まず、真空チャンバー内を６×１０-5Ｐａまで排気した後、１．６×１０-1ＰａのＡｒガスを導入する。次に、Ａｕを直流スパッタリング法によって基板１上に７ｎｍの厚さに成膜した。続いてこのＡｕ薄膜（下地膜２）の上に、Ａｌ，Ｔｉからなる２元素単一ターゲット（Ｔｉ:１．８ｗｔ％含有)を直流スパッタリング法により成膜し厚さ１５０ｎｍの反射層３を形成した。
【００３０】
【比較例１】
一方、比較例１としては下地膜２を設けず、基板１上に直接Ａｌ−Ｔｉからなる反射層３を上述した同様な方法により成膜したサンプルを作成した。これらのサンプルの表面状態を観察するためＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いた。観察結果を図２、図３に示す。
【００３１】
図２は、実施例１のサンプルのランド部分と、グルーブ部分の断面形状を示すもので、横軸はＡＦＭの走査範囲（走査した長さ）を示し、縦軸は基板グルーブ底面からの高さを示している。このように、ＡＦＭ像を観察すると表面に結晶粒の成長の差に起因すると見られる凹凸が観察できる。この実施例１の下地膜２を設けた反射層３のサンプルの表面の凹凸の状態（ランド部の最大と最低の高低差）を測定すると、その平均は２ｎｍ程度であり、ランド部分等に見られるＡｌ−Ｔｉ薄膜による凹凸、即ち荒れが少ないことがわかる。
【００３２】
これに対して、図３の比較例１の下地膜２を設けない反射層３のサンプルの表面の凹凸の状態（ランド部の最大と最低の高低差）を測定すると、その平均は７ｎｍ〜１０ｎｍ程度となっていて、ランド部分等に見られるＡｌ−Ｔｉ薄膜による凹凸、即ち荒れが多いものであることがわかる。そして、この程度の荒れが存在する反射層３では、入射レーザ光を反射する際、乱反射によりディスクの特性（Ｃ／Ｎやジッタ値）に悪影響を及ぼすものである。
【００３３】
このようにして完成した本発明になる光ディスクの特性上への効果を確認すべく、上述したサンプルと同様、反射層３の上に更に上保護層４（第２保護層）、記録層５、下保護層６（第１保護層）という順に成膜してディスク形態にしたものを作成した。保護層を形成する誘電体として、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂を高周波マグネトロンスパッタ法により成膜して膜厚２０ｎｍの第２保護層を形成した。続いて、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｅ,Ｓｂからなる４元素単一ターゲット（直径２インチ、厚さ３ｍｍ）を直流電源でスパッタリングして記録層５を形成した。具体的には、組成Ａｇ０．０５、Ｉｎ０．０５、Ｔｅ０．３０、Ｓｂ０．６０の膜厚２３ｎｍの記録層５を形成した。
【００３４】
さらに、第２保護層４と同様の材質の第１保護層６を、記録層５上に５０ｎｍの厚さで形成した。この光ディスクを真空容器より取り出した後、この第一保護層６上に、接着層７としてのアクリル系紫外線硬化樹脂をスピンコートし、この接着層７の上に０．２ｍｍのガラス基板（カバー層８）を貼り合わせ、紫外線照射により硬化させて接着して本発明になる光ディスクを得た。
【００３５】
こうして作製した光ディスクに、レーザ光やフラッシュランプ等を照射して、記録層５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、初期化装置と評価機等を用い収束したレーザ光を用いる。先ず、図示しない初期化装置のスピンドルに光ディスクを装着した後、大出力のレーザ光を照射して記録層５を加熱して高反射率の状態に変化させる。光ディスク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できるようなものを用いる。
【００３６】
具体的には、初期化レーザの波長は、８３０ｎｍ、照射ビームの形状は、トラック方向が２μmで半径方向が２０μmの幅の広い形をしているものを用いる。そして、この光ディスクを線速度３ｍ／ｓで回転させ、半径２２．０ｍｍから初期化を開始した。初期化レーザは、パワー４００ｍＷで半径外周方向に３０μm／回転の速度で移動させ、半径５８．０ｍｍで初期化を終了した。
【００３７】
光ディスクの特性の評価では、波長４００ｎｍの光を発振するレーザを搭載しレンズＮＡは０．６５のものを用いた評価機を作製して行った。再生光パワーＰrは、０．７ｍＷで線速度によらず一定とした。評価は、反射層３の表面状態がディスクのノイズに対する影響を調べることで行った。線速度３．５ｍ／ｓで単一周波数約３０ＭＨｚの信号を、前記したＡｕ７ｎｍの下地膜２有り、無しのディスクの記録層５のそれぞれに対して記録してＣ／Ｎ特性を測定した。その結果、下地膜２有りの光ディスクは５３ｄＢであったのに対し、下地膜２無しの媒体は４７ｄＢと劣るものとなった。
【００３８】
【比較例２】
下地膜２の膜厚を５０ｎｍとして、実施例１と同様な手順で光ディスクを作成した。下地膜２の厚さは５０ｎｍとした。ＡＦＭでの観測は同様に平滑性が改善されていた。しかし、ディスク状での記録再生実験では記録機の出力の限界である１０ｍＷでもパワー不足で充分な記録がでずＣ/Ｎとして４８ｄＢと充分な記録が行えなかった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上に成膜された反射層の表面状態が改善され、記録再生特性が向上した光ディスクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる光情報記録媒体の一実施例を示す模式図である。
【図２】反射層に下地膜を設けた光情報記録媒体の断面形状を示す説明図である。
【図３】反射層に下地膜を設けない光情報記録媒体の断面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板
２下地膜
３反射層
４第２保護層
５記録層
６保護層
１０光学的情報記録用媒体

Claims

基板と、
前記基板上に形成され、Ａｌ（アルミニウム）よりも形成される結晶粒が小さい金属またはその合金を含む金属層と、
前記金属層上に、前記金属層の表面の結晶状態を継承して形成され、Ａｌまたはその合金を含む反射層と、
を備え、
レーザ光が前記基板とは反対側から前記反射層に照射されることにより、所定の情報が記録または再生される光学的情報記録用媒体。
前記金属層は、Ａｕ（金），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ａｇ（銀），Ｐｔ（白金），Ｎｉ（ニッケル），及びＰｄ（パラジウム）の内のいずれか１元素またはその合金を含んでいることを特徴とする請求項１記載の光学的情報記録用媒体。
前記金属層は、その厚さが５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学的情報記録用媒体。
基板と、
前記基板上に形成され、Ａｌ（アルミニウム）よりも形成される結晶粒が小さい金属またはその合金を含む金属層と、
前記金属層上に、前記金属層の表面の結晶状態を継承して形成され、Ａｌまたはその合金を含む反射層と、
前記反射層上に形成され、誘電体を含む保護層と、
前記保護層上に形成され、所定の情報が記録される記録層と、
前記記録層上に形成され、誘電体を含む他の保護層と、
を備え、
レーザ光が前記基板とは反対側から前記反射層に向かって照射されることにより、前記情報が記録または再生される光学的情報記録用媒体。
前記金属層は、Ａｕ（金），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ａｇ（銀），Ｐｔ（白金），Ｎｉ（ニッケル），及びＰｄ（パラジウム）の内のいずれか１元素またはその合金を含んでいることを特徴とする請求項４記載の光学的情報記録用媒体。
前記金属層は、その厚さが５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光学的情報記録用媒体。