JPS62289937A - 光デイスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ３ベーノ 産業上の利用分野 本発明はレーザ光線等を用いて情報信号を高密度かつ高
速に光学的に記録再生する光ディスクに関するものであ
る。

従来の技術 レーザ光線を利用して高密度な情報の記録再生を行なう
技術は既に公知であり、現在では情報の記録再生に加え
消去・書き換え可能な、いわゆる書き換え可能型光ディ
スクの研究開発の事例が報告されつつある。この書き換
え可能型光ディスクは記録再生・書き換えのメカニズム
の違いにより主に２種類に分けられる。すなわち、記録
薄膜からの反射率が結晶状態と非晶質状態で異なること
を利用して情報を記録再生する、いわゆる相変化型光デ
ィスクと、記録薄膜として強磁性物質を採用し、その磁
化の方向の違いにより反射光の偏光面の回転方向が変る
という磁気カー効果を利用して情報を記録再生する、い
わゆる光磁気ディスクである。

ディスク構造としては相変化型ディスク、光磁気ディス
ク共に信号記録用の案内溝を有するガラス基板上あるい
は樹脂基板上に記録薄膜を設置した構造になっているが
、一般的には記録薄膜の上下には酸化物、窒化物等の保
護膜が形成しである（例えば特開昭６０−２５７２９１
号公報、特開昭６１−５４５０号公報）。この保護膜の
役割は記録薄膜が酸化等により劣化するのを防ぎ、かつ
、信号の記録時と消去時に記録薄膜が高温に達すること
による樹脂製案内溝の熱劣化を防ぐものである。

しかし一般的に記録薄膜、特に光磁気用記録薄膜は酸化
されやすいために保護膜だけでは不充分であり、そのた
め記録薄膜中にｋｌ、　Ｔｉ、　Ｃｒ　等の添加物を加
えて長寿命化を図ることも提案されている（例えば日本
応用磁気学会誌Ｖｏ１．９４２１９８５、Ｐ９３〜Ｐ９
６）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、書き換え可能型光ディスクにおける記録
薄膜は、一般的に酸化されやすく、そのため保護膜が設
置しであるが、その保護効果は充５ページ 分なものではなかった。特に高湿度下における酸化によ
る劣化は激しく、記録信号品質の劣化や記録・消去時の
レーザパワー変動等を起こし、光デイスク実用化への大
きな問題点となっていた。

また、光磁気ディスク用記録薄膜の長寿命化を図るため
に記録薄膜中にｋｌ、　Ｔｉ、　Ｃｒ　等の添加物を加
えることが提案されているが、これは記録薄膜の磁気特
性の低化、例えば磁気カー回転角の減少や保磁力の変動
を招き、かつ構成元素が増えることにより、記録薄膜形
成時における組成制御が困難となるという問題点を有し
ていた。

本発明は上記した問題点に鑑み、耐湿性、耐酸化性に優
れた光ディスクを提供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 本発明による光ディスクは前記目的を達成するために、
基板上に両側を保護膜で被われた記録薄膜を有し、前記
保護膜は少なくとも金属または半金属の酸化物、窒化物
、硫化物、弗化物、炭化物のいずれか一つを母材料とし
て金属元素が添加さ６ペーン れており、かつ前記金属元素の添加濃度が記録薄膜に近
いほど連続的に増加する構成となっており、また前記保
護膜の形成方法としては、スパッタリング法（以下スパ
ッタと記す）、蒸着法等による保護膜形成中に雰囲気の
成分もしくは濃度を連続的に変化させて作製することを
特徴とするものである。

作用 本発明は上記した構成により、光ディスクの記録消去特
性や記録信号品質を低下させることなく記録薄膜の長寿
命化が図れる。

この記録薄膜の長寿命化の原因としては、記録薄膜に近
い方に多量に添加された金属元素が侵入酸素により酸化
される、すなわち侵入酸素を捕獲し、かつ記録薄膜から
離れた金属元素がほとんど添加されていないかあるいは
全く添加されていない保護膜部分が、金属元素が多量に
添加された保護膜部分が水により急激に劣化することを
防いでいるためと考えられる。

また保護膜の形成方法としては、保護膜形成中７ペー７ に雰囲気の成分もしくは濃度を連続的に変化させるとい
う方法を用いることにより、保護膜中の組成分布を精度
よく制（財）しながら形成することができる。これは保
護膜形成時に雰囲気成分が膜中に取り込まれたり、ある
いは膜構成元素が雰囲気成分と反応しながら保護＠全形
成していくために、保護膜形成時に雰囲気を変えるだけ
で膜組成を変えることができるためである。

また、保護膜中において添加金属濃度を急激に変化させ
ることなく徐々に変化させているため、組成の違いによ
り発生する内部応力が一部に集中せずに緩和されるため
、クラックの発生も防ぐことができると考えられる。

実施例 以下本発明の一実施例の元ディスクおよびその製造方法
について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明による光ディスクの基本的な構成を示す
一実施例の断面図である。

第１図において、１は基板であって、ポリメチルメタア
クリレート、塩化ビニル、ポリカーボネート等の樹脂や
ガラスが用いられ、一般的にはその表面に信号記録用の
案内溝が形成しである。２は記録薄膜であり、相変化型
光ディスクの場合にはカルコゲナイド化合物薄膜等が用
いられ、また光磁気ディスクの場合には強磁性薄膜が用
いられる。３．４は保護膜であるが、本発明はこの保護
膜に特徴がある。すなわち、保護膜３．４は保護膜中に
金属元素を添加しであるため外部から侵入してくる酸素
をその添加元素が自ら酸化されることにより捕捉し記録
薄膜の酸化を防ぐものである。

しかし台用元素を添加した保護膜は多量の水に接すると
自らが劣化してしまう場合があるために、保護膜中の添
加金属元素は濃度勾配を有しており、記録薄膜２に近い
部分は濃度が高く、遠い部分は濃度が低くなっていて（
添加金属元素を含まない場合も含む）、濃度の高い部分
が濃度の低い部分を水より保護する構造となっている。

なお、ここでいう添加金属元素とは当然のことながら外
部から侵入してくる酸素を捕捉できる能力のあるもの、
すなわち、完全な酸化物や窒化物９ベーン 等の化合物を形成していない、いわゆる金属結合状態を
残している金属元素を意味している。

保護膜３，４の母材料としては、金属または半金属の酸
化物、窒化物、硫化物、弗化物、炭化物が使用可能であ
るが、レーザ光の透過率が大きいこと、薄膜の形成が容
易であること、耐熱耐湿性に優れていること等を考慮し
た場合、特にＳｉＯ。

５ｉ０２．　Ａ４２０３．　Ｎｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２，Ｔ
ｉＯ２，ＭｇＯ，Ｓｉ３Ｎ４゜Ａ＃、　ＺｎＳ、　Ｍｇ
Ｆ２．　ＳｉＣが適する。また保護膜３゜４に添加する
金属元素としては侵入してきた酸素と結合して酸化物を
形成するものであればよいが、保護膜のレーザ光の透過
率をあまり低下させないこと、添加元素が酸化されると
きに保護膜を破壊しないこと、記録薄膜の記録消去特性
を変化させないこと等を考慮した場合、特にＡＪＩ？、
　Ｔｉ、　Ｍｇ、Ｚｎ。

Ｃｒ　が適する。

次に製造方法について説明するが、前述のように本発明
による光ディスクは保護膜に特徴があるので、保護膜の
形成方法について述べる。

保護膜中に金属元素の濃度を変えながら添加し１０ぺ−
７ ていく方法としては、例えば二元蒸着法により一方のソ
ースから母材料を蒸発させ、他方のソースから添加金属
元素を蒸発させる方法等があるが、基板と保護膜の接着
強度が大きいこと、膜が緻密であること、ピンホール等
の欠陥が少ないこと、基板温度をあまり上昇させないこ
と等を考慮するとき、反応性スパッタが最適である。

すなわち保護膜形成時に同じターゲットを用いながらス
パッタ雰囲気の成分もしくは濃度を変化させて、スパッ
タされた元素と雰囲気の反応する割合を変えることによ
り、基板上に形成される膜中の金属添加物の量を徐々に
変化させる方法である。

次に本発明をさらに具体的な実施例により説明する。本
発明による光ディスクは特に保護膜に特徴があるもので
あり、したがってその製造方法と保護効果について具体
的な実施例を用いて説明する。

第２図は本発明による光ディスクの保護膜の保護効果検
討用の試験片の断面図であり、ガラス基１１ベーノ 板６上（１８ｆｌＸ　１８ｆｆＸ０．２ｔｌ’　）Ｋ最
初に＋磁気用磁性薄膜であるＴｂＦｅ　薄膜の記録薄膜
６をスパッタにより約１０００人形成し、さらにその記
録薄膜６を完全に被うように保護膜７を約１ｏｏｏ入形
成したものである。保護膜７の構成としては以下の３種
類を採用した。すなわち（ａ）　　酸素のゲッターとな
りうる金属結合状態の添加物を保護膜全体に渡り均一な
濃度で含むもの（ｂ）　　酸素のゲッターとなりうる金
属結合状態の添加物を全く含まないもの （０）　　酸素のゲッターとなりうる金属結合状態の添
加物を記録薄膜６の近傍に多量に含み、記録薄膜から遠
ざかるにつれて添加物濃度が減少し、保護１了の表面近
くでは添加物濃度がゼロとなるもの である。

最初に保護膜の母材料として５ｉ０２、添加金属として
Ｃｒ　　を採用した場合について、第３図のスパッタ装
置の構成図を参照にしながら説明する。

第３図において、主バルブ１１はスパッタ室１゜内を排
気するものであり、副バルブ１２はスパッタガスを導入
するものである。またターゲット８はこの場合ＳｉＯ２
であり、その上に添加しようとする金属元素（ｊｒ　の
金属チップ９が設置しである。

いわゆる複合ターゲットの型態をとっている。記録薄膜
６を形成したガラス基板５はターゲット８と対向して設
置しである。

最初に上記（ａ）の保護膜の形成方法について述べる。

まず主バルブ１１を開きスパッタ室１ｏ内を充分に排気
し、次に副バルブ１２からＡｒ　　ガスを導入し、スパ
ッタ室内を４Ｘ１０ＴＣｒｒ　　に保ちながらスパッタ
を行なった。スパッタレートは６０人／ｗｉｎ　　とし
たため、保護膜形成時間は２ｏ分であった。このように
して形成された薄膜は５ｉ０２を母材としてＣｒ　　を
含む構造となっている。

上記（ｂ）の保護膜の形成方法は上記（ａ）の保護膜の
形成方法と比ベスパッタ時の導入ガスが違うだけである
。すなわち、Ａｒ　　ガスの代シに、Ａｒ　　ガスに１
０チの０２　　ガスを添加した混合ガスを導入するので
ある。０２ガスはスパッタされたＣｒ粒子を１３ペ−ノ 酸化するために形成された薄膜は５ｉ０２　　とＣｒ２
０５（あるいはＣｒｙ、　ＣｒＯ２）の混合物となり、
侵入酸素のゲッターとなるような金属元素は含んでいな
い。

上記（ｃ）の保護膜の形成方法は、最初にムｒ　ガスの
みを導入しながらスパッタを開始し、途中から０２ガス
を混入してｏ２ガスの分圧を徐々に上げてゆき１０％と
し、しばらくその状態を保つ。この場合スパッタ室内の
圧力は４Ｘ１０　　Ｔｏｒｒに保っている。このように
して作製することにより記録薄膜６の近傍は上記（ａ）
の構成となり、保護膜の表面近傍は（ｂ）の構成となっ
て、その中間には（ａ）がら（ｂ）の構成に変化する遷
移層が設けられて、（Ｃ）の構成の保護膜となる。

本実施例ではＡｒガスのみを用いて８分間スパッタし、
次に０２ガスを導入してその分圧を徐々に上げて４分間
で１０％とし、さらに０２分圧を１０チに保ちながら８
分間スパッタして成膜を完了した。

なお、本実施例では中間の遷移層の組成勾配を１４へ　
／ 小さくすることによる内部応力の緩和を図るために、ｑ
ガス分圧は徐々に上昇させたが、Ａｒガスのみから急激
にＡｒガスと０２ガスの混合ガスに変えても、薄いなが
らも中間の遷移層は形成されるため、完全な二層構造に
比べ内部応力の低減は図れるものと考えられる。

次にこの三種類の保護膜のオージェ電子分光分析（以下
ムＵＳと記す）の結果を第４図ａ、ｂ。

Ｃに示す。

ｂはａより酸素濃度が高く、またＣは表面付近では酸素
濃度が高いが記録薄膜に近づくほど酸素濃度が低くなっ
ているのがわかる。

このようにして作製した試験片を６０℃９５％ＲＨ中に
放置して磁性薄膜の劣化度合を調べた。磁性薄膜の劣化
度合は保磁力の変化の大きさによシ比較したが、本実施
例で採用した磁性薄膜の組成は補償組成よりもＦｅ　　
ＩＪッチとしたため、磁性薄膜が酸化されて劣化する場
合保磁力は単調減少を示す。

実験結果を第５図に示す。記録薄膜の保護効果１６ハ、 は（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）の順で良く、本発明
による保護膜構成がよいことがわかる。保護膜全体にＣ
ｒを添加した（ａ）の構成が保護効果が悪い原因は、Ｃ
ｒの添加量が多すぎたために保護膜自身が劣化してクラ
ック等を発生したためである。

さらに前記実施例のＣｒに変えてＭｇを使用した場合の
試験結果を第６図に示す。この試験片の作製条件は、前
記実施例のＣｒチップをＭｇチップに置き換えただけで
あり、紅ガス圧や０２分圧、あるいは成膜速度等は全く
同じである。実験結果は前記実施例と全く同じとなり、
本発明による保護膜が非常に優れていることがわかる。

次に保護膜の母材料としてＡ卵、添加金属としてＪ＋を
採用した場合の実施例について説明する。

反応性スバｙりを利用することには変りなく、ターゲッ
ト８としてＡｌを用い、Ａｒガスへの混合ガスとしてＮ
２ガスを採用した。この場合金属チップ９は使用しない
。この場合も金属元素の添加量の調整はスパッタ時のＮ
２ガス分圧によって行なう。

すなわち構成中）のＡｇＮだけの保護膜を形成するとき
はＡｒとＮ２の混合ガス中におけるＮ２ガス分圧を２０
係としてスパッタされたＡ４粒子をすべて窒化させ、構
成（ａ）の母材科人＃の中にムｌを含む保護膜を形成す
るときはＮ２ガス分圧を６％としてスパッタされた粒子
の一部を窒化することにより形成する。（０）の構成に
する場合にはスパッタ途中でＮ２ガスの分圧を徐々に変
化させる。スパッタ中のガス圧は４Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ
　、成膜速度は２５八／ｍｉｎとした。

このようにして作製された試験片の耐湿試験の結果を第
７図に示す。この場合の保護効果も前記実施例と同様に
（ａ）、　（ｂ）　、　（Ｃ）の順で良くなっており、
本発明による保護膜構成が優れていることを示している
。

さらに保護膜の母材料として５ｉ３Ｎａ　、添加金属と
してＪ’を採用した場合の実施例について説明する。

ターゲット８としてＳｉ３Ｎ４を用い、金属チップ９と
してＡｌを用い、Ａｒガスへの混合ガスとしてＮ２ガス
を採用した。この場合も侵入酸素のゲッタ１　了ベーノ ーとなりうる金属元素の添加量の調整はスパｙり時のＮ
２ガス分圧によって行なう。すなわち構成ｅ）のＳｉ３
Ｎ４母材料中に人ｌを含む保護膜を形成するときはＡｒ
　ガス雰囲気中でスパッタを行ない、構成（ｂ）の侵入
酸素のゲッターとなりうる金属元素を含まない保護膜を
形成する場合にはＮ２ガス分圧を１０チとして、Ａ１粒
子をスパッタ途中で窒化してＳｉ３Ｎ４とＡ＃の混合物
と考えられる保護膜を形成する。（Ｑ）の構成にする場
合にはスパッタ途中でＮ２ガスの分圧を徐々に変化させ
る３、スパッタ中のガス圧は４Ｘ１０　Ｔｏｒｒ、成膜
速度は２５　Ａ／ｍｉｎ　　とした。

このようにして作製された試験片の耐湿試験の結果を第
８図に示す。この場合の保護効果も前述してきた実施例
と同様に（ａ）、　（ｂ）　、　（０）の順で良くなっ
た。

以上述べてきたように、保護膜の材質が異なっても、記
録薄膜の近傍に侵入酸素のゲッターとなりうる金属元素
を多量に含んでおり、かつ記録薄膜から遠ざかるにつれ
てその濃度が低下するとい１８へ−７ う本発明による保護膜構成が最も優れている。

なお、本実施例では保護膜を記録薄膜の上に形成する方
法について説明したが、保護膜を記録薄膜の下に形成す
る場合は、最初に金属元素の添加物を含まない層を形成
し、徐々に金属元素の添加物を増やしていくということ
はいうまでもない。

また、本実施例では母材料のターゲットの上に金属チッ
プを設置するという複合ターゲットを必要に応じて使用
したが、ターゲットとして母材料中に金属粒子を含むよ
うなターゲットを使用してもよい。

さらに、本実施例では一元スバッタにより行なったが、
二元スパッタにより一方より母材料となるべき物質をス
パッタし、他方より添加金属元素をスパッタし、両方の
スパッタレートヤスバッタ雰囲気を制量することにより
保護膜の形成を行なってもよい。

また、金属元素の添加方法として、酸化物ターゲットを
用いてスパッタしたときにしばしば起こる還元作用を利
用してもよい。例えば、フォルス１９・＼ テライ）　：　２１ＪｇＯ−８ｉ０２をＡｒガス雰囲気
中でスパッタすると形成された膜にはＭｇＯが還元され
、金属状態のＭｇが多く含まれることがあり、この現象
を利用して侵入酸素のグツクーとなりつる金属元素を添
加することができる。この場合、金属状態のＭｇを含ま
ないように成嘆するときは、Ａｒガスに０２ガスを混合
した雰囲気中でスパッタすればよい。

なお、第２図の実施例では基板にガラスを用いているが
、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、ポリカーボネート等の樹脂で
も記録薄膜の上下に本発明による保護膜を設置すれば同
様の効果が得られることはいうまでもない。

発明の詳細 な説明したように本発明による光ディスクは、基板上に
両側を保護膜で被われた記録薄膜を有し、前記保護膜は
少なくとも金属または半金属の酸化物、窒化物、硫化物
、弗化物、炭化物のいずれか一つを母材料として金属元
素が添加されており、かつ前記金属元素の添加濃度が記
録薄膜に近いほど連続的に増加する構成により、耐湿性
、耐酸化性に優れた長寿命を有する光ディスクを提供す
ることが可能となる。

また本発明による製造方法にて前記光ディスクを製造す
れば、従来の均一な組成の保護膜を有する光ディスクを
製造する場合と比べ、同じ装置にて同一時間で形成可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における尤ディスクの断面図
、第２図は本発明の光ディスクの保護効果を検討するた
めの試験片の断面図、第３図は本発明の一実施例による
光ディスクの製造に用いる装置の構成を示す略断面図、
第４図は作製した保護膜のＡｚＳによる分析結果を示す
特性図、第６図〜第８図は本発明の光ディスクの保護膜
の効果の検討２枯果を示す特性図である。 １・・・・・・基板、２，６・・・・・・記録薄膜、３
，４．７・・・・・・保護膜、６・・・・・・ガラス基
板、８・・・・・・ターゲット、９・・・・・・金属チ
ップ、１ｏ・・・・・スパッタ室、１１・・・・・・主
バルブ、１２・・・・・・副バルブ。 第４図 第　５　図 ＥＤ”ＣｑＧ”／−ＲＨ中（・ｔ＋方ＫｔＢ％ハ盲（Ｉ
ｆト）第６図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）両側を保護膜で被われた記録薄膜が基板上に設け
   られ、前記保護膜は少なくとも金属または半金属の酸化
   物、窒化物、硫化物、弗化物、炭化物のいずれか一つを
   母材料として金属元素が添加されており、かつ前記金属
   元素の添加濃度が前記記録薄膜に近いほど連続的に増加
   することを特徴とする光ディスク。
2. （２）金属または半金属の酸化物、窒化物、硫化物、弗
   化物、炭化物がＳｉＯ、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、
   Ｎｂ＿２Ｏ＿５、ＺｒＯ＿２、ＴｉＯ＿２、ＭｇＯ、Ｓ
   ｉ＿３Ｎ＿４、ＡｌＮ、ＺｎＳ、ＭｇＦ＿２、ＳｉＣで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光デ
   ィスク。
3. （３）添加物の金属元素が少なくともＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇ
   、Ｚｎ、Ｃｒのいずれか一つであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光ディスク。
4. （４）少なくとも金属または半金属の酸化物、窒化物、
   硫化物、弗化物、炭化物のいずれか一つを母材料として
   金属元素が添加された保護膜で両側を被われた記録薄膜
   を有し、前記保護膜を形成するに際し、保護膜形成中の
   雰囲気の成分もしくは濃度を連続的に変化させて前記保
   護膜を作製することを特徴とする光ディスクの製造方法
   。
5. （５）保護膜をスパッタリング法で形成することを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の光ディスクの製造方
   法。
6. （６）金属または半金属の酸化物、窒化物、硫化物、弗
   化物、炭化物がＳｉＯ、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、
   Ｎｂ＿２Ｏ＿５、ＺｒＯ＿２、ＴｉＯ＿２、ＭｇＯ、Ｓ
   ｉ＿３Ｎ＿４、ＡｌＮ、ＺｎＳ、ＭｇＦ＿２、ＳｉＣで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光デ
   ィスクの製造方法。
7. （７）添加物の金属元素が少なくともＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇ
   、Ｚｎ、Ｃｒのいずれか一つであることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の光ディスクの製造方法。