KR20000064351A - 광학적 정보기록매체와 그 제조방법, 광학적 정보기록·재생방법 및 광학적 정보기록·재생장치 - Google Patents

광학적 정보기록매체와 그 제조방법, 광학적 정보기록·재생방법 및 광학적 정보기록·재생장치 Download PDF

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모리시타 요이찌
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Abstract

투명기판상에, 적어도 Te, O 및 M원자(다만, M은 금속원소, 반금속원소 또는 반도체 원소내의 적어도 어느 1종, 가장 바람직하게는 Pd)를 함유하는 정보층을 구비하고, 상기 정보층중의 O원자의 함유비율이 40atom% 이상 60atom%이하, M원자의 함유비율이 2atom% 이상 25atom%이하, Te원자의 함유비율이 15atom% 이상 58atom%이하로 함으로써, 기록 비트 길이b의 스폿직경d에 대한 비b/d가 작은 정보의 기록·재생에 있어서 C/N비가 높고, 지터가 작은 양호한 기록특성이 넓은 파워 마진으로 얻어지는 광학적 정보기록 매체를 제공한다.

Description

광학적 정보기록매체와 그 제조방법, 광학적 정보기록·재생방법 및 광학적 정보기록·재생장치
투명기판상에 박막을 형성하고, 이 박막에 미소한 스폿(spot)으로 좁힌 레이저 광선을 조사하여 정보의 기록·재생을 행하는 기술은 공지의 기술이다. 최근, 기판상에 형성된 박막에, 레이저 빔등의 고에너지 빔을 조사함으로써, 신호품질이 높은 정보신호를 기록·재생하는 기술을 이용한 광학적 정보 기록매체 1매당 취급할 수 있는 정보량을 늘리기 위해 다양한 검토가 이루어지고 있다. 그 방법은 크게 두가지로 나눌 수 있다.
한가지는 단위면적당 정보량을 향상시키는 방법이다. 레이저 광의 파장을 짧게하거나 또는 이것을 집광하는 대물렌즈의 개구수를 크게 함으로써 레이저 광의 스폿 직경을 작게하여, 보다 작은 마크의 기록·재생이 가능해진다. 이에따라 디스크의 주방향 및 반경방향의 기록밀도가 향상되고, 매체 1매당 취급할 수 있는 정보량이 향상된다. 또한, 주방향의 기록밀도향상을 위해 기록 마크의 길이가 정보가 되는 마크 에지 기록이 반경방향의 기록밀도 향상을 위해 레이저 광 안내용의 홈(그루브(groove)) 및 홈 사이(랜드(land))의 양쪽에 기록하는 랜드와 그루브 기록이 발명되어, 활발하게 응용되고 있다. 또한 이러한 고밀도기록·재생기술의 진보에 맞추어 그에 적응한 박막재료 및 그것을 이용한 디스크 구성의 개발도 진행되고 있다.
또 한가지 방법으로써, 정보를 기록·재생하는 층을 다수 적층함으로써 기록매체 1매당 취급할 수 있는 정보량을 배증시키는 다층구조매체 및 그 기록·재생방법이 제안되고 있다(예를들면 일본국 특원평 07-82248호). 또한, 이 다층구조 기록매체에 적합한 기록재료로써도 많은 재료박막이 제안되고 있는데, 기본적으로는 1층만으로 양호한 기록특성이 얻어지는 것을 그대로 이용하는 경우가 많다.
레이저 빔 등의 고에너지 빔을 조사함으로써, 신호품질이 높은 정보신호를 기록·재생하는 기술을 이용한 광학적 정보기록매체(다만, 정보층은 단층)로써는, 기판상에 Te와 TeO2의 혼합물인 TeOX(0 ＜ x ＜ 2)를 주성분으로 하는 재료박막을 설치한 것이 있다(일본국 특개소50-46317호 공보).이와같은 기록매체는 재생용의 광 빔의 조사에 있어서 반사율변화를 크게 얻을 수 있다.
그러나, TeOX에 있어서는, 기록후 신호가 포화(飽和)되기까지 즉 기록박막중의 레이저 광 조사부의 결정화가 충분히 진행되기까지 약간의 시간을 요한다. 이것은 예를들면 데이터를 디스크에 기록하고, 일회전후에 그 데이터를 검증하는 컴퓨터용 데이터 파일의 경우등과 같이 고속 응답성이 요구되는 기록매체로써는 부적당하다.
그래서 상기 결점을 보충하기 위해, TeOX에 제3 원소로써 예를들면 Pd를 첨가한 기록매체가 예를들면 일본국 특개소61-68296호 공보에 제안되고 있다. Te 및 Pd는 광에 감지하는 금속으로써 작용하고, TeOX는 내산화성을 유지하는 작용을 한다. 그리고 TeOX는 매트릭스(일반)성분으로써 존재하고, Te 및 Pd는 특정성분으로써 존재한다. Pd는 TeOX박막중에서, 레이저 광 조사시에 Te의 결정성장을 촉진하는 결정핵과 같은 작용을 한다고 생각되고, 이에따라, 결정성이 보다 진행된 Te 또는 Te-Pd합금의 결정입자가 고속으로 생성된다. 그 결과로써 고속에서의 결정화 기록이 가능해지고, 상기 고속응답성을 얻을 수 있다. 또한, Pd는 그 높은 내산화성 때문에, TeOX박막의 내습성이 손상되지 않는다.
그러나, 최근 정보의 대용량화에 따라 기록밀도의 향상이 요구되고 있고, 단파장· 고NA의 광학계를 이용한 고밀도 기록에 대응할 수 있는 기록매체를 개발하는 것이 필요해진다.
즉, 상기 TeOX에 Pd를 첨가한 공보에 기재의 광학적 정보기록매체의 조성범위의 많은 부분에는 이 공지중에 나타난 실험조건보다 높은 고밀도 기록으로 기록하려 하면, 예를들면 C/N비의 저하, 및 지터(jitter)가 커져 기록·재생특성이 저하하는 것을 알았다. 여기서 C/N비란, 특정 주파수 신호에 있어서, 캐리어(반송파)/노이즈(잡음)의 비를 말한다.
이 원인은 이하와 같이 생각할 수 있다. 같은 광학계를 이용하여 보다 고밀도의 기록·재생을 할 경우에, 기록박막의 열전도율이 소정 범위에 없으면, 충분한 기록특성을 얻을 수 없다. 즉, 기록박막의 열전도율이 너무 낮으면, 레이저 광으로 가열된 부분에서 열이 퍼지기 어렵고, 기록 파워를 크게 해도 기록 마크가 커지지 않기 때문에 감도가 나쁘며, C/N비도 낮아지는 경향이 있다. 반대로 기록박막의 열전도율이 너무 높으면, 레이저 광으로 가열된 부분에서 열이 퍼지기 쉽고, 조금 기록 파워를 크게하면 기록마크가 커지기 때문에 감도가 좋고, C/N비도 높아지는 경향이 있는데, 기록 마크의 에지가 약해지기 쉽고, 레이저 광의 기록 파워를 최적의 파워보다 조금이라도 올리면, 인접 마크끼리 연결되어 C/N비가 저하되므로, 파워 마진(margin)이 좁아 실용상 문제가 있다. 이것은 같은 광학계에서의 기록·재생에 있어서, 마크 간격을 좁게하여 보다 고밀도가 될수록 현저하다고 생각된다. 또한, 높은 C/N비가 얻어진다 해도, 비트 에러가 적다고는 한정되지 않는다. 예를들면 먼저 기술한 기록박막의 열전도율이 높은 경우에는 기록 마크간에서 열적인 간섭이 발생되기 쉽고, 그 결과, 검출되는 기록 마크의 위치가 변동되어, 반사율 변화나 C/N비가 높아도 비트 에러가 많은 케이스를 생각할 수 있다. 이것은 최근 주류가 되는 마크 에지 기록방식에 있어서 보다 현저해진다고 생각된다. 이 비트 에러의 양을 비교적 간편하게 평가하는 수단으로써, 지터의 평가가 있다. 지터(jitter)란 기록의 원신호와 재생신호의 시간축상의 편차를 말한다.
본 명세서에 있어서는, 각 신호가 가지는 지터의 표준편차의 총합(σsum)을 취하고, 이것을 신호검출의 윈도우폭(T)으로 나눈 값을 지터(σsum/T)로 표현하고, 이 값을 측정에 의해 구한다.
예를들면, 지터가 12.8%이하인 것은, 상기 시간축상의 편차가 정규 분포한다고 가정하면, 비트 에러율이 10-4이하에 상당하는 것이 알려져 있다.
또한, 상기 공보의 기록조건은, 레이저 파장830nm, 파장한계0.8㎛, 회전수1800rpm, 기록위치(반직경)75mm, 기록주파수5MHz로 기록된다. 이것은 쇼와 61년이라는 본 발명 당시의 기술적 배경을 감안하면, 마크 위치 기록방식이라고 생각되므로, 상기 반경위치 및 회전수로 계산한 선(線)속도14.1m/s의 조건에 있어서, 최단 마크 간격은 2.83㎛, 비트 길이(b)는 최단 마크간격을 비트 밀도 1.5로 빼 1.89㎛이 된다.
또한, 동 공보에서 말하는 파장한계0.8㎛이란, 통상 레이저광의 빔 강도가 가우스(Gauss)분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿중심의 1/2가 되는 직경을 파장한계로 정의하는 것이 당시는 일반적이었던 것을 생각하면, 렌즈NA를 0.5로 하여 계산한 것으로 생각된다.
이것은 레이저 광의 빔 강도가 가우스 분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿중심의 1/e가 되는 직경을 스폿 직경(d)으로 한 경우, 스폿 직경(d)은 1.01㎛이 된다. 이상에서, 비트길이(b)의 스폿 직경(d)에 대한 비(b/d)가 1.87이 된다. 상기 공보에 있어서는, b/d=1.87의 조건하에서 50dB이상, 조성에 따라서는 60dB정도 높은 C/N비를 얻을 수 있다.
그러나, 최근 기록매체로써 요구되는 기록용량은 수년새 배로 되는 상황이고, 상기 b/d를 매우 작게 하지 않으면 안된다. 예를들면, CD-ROM의 4배정도, 즉 2.6기가바이트(giga byte)의 정보신호를, CD-ROM과 동 사이즈의 기판상에 성막한 디스크에 기록하는 경우이다. 마크 에지 기록방식으로 홈부와 랜드부 양쪽에 기록할 경우, 홈 피치를 1.48㎛로 하면, 최단 마크 길이는 0.62㎛이 되므로, 비트 길이(b)는 최단 마크 길이를 비트 밀도 1.5로 빼 0.41㎛이 된다. 또한 파장680nm, NA0.6이라는 최근 기술적으로 확립되어 대량으로 생산되게 된 광학계를 이용하면, 스폿 직경(d)은 0.59㎛이 된다. 따라서 상기 조건에서는 b/d=0.6정도가 된다. 이 조건은 상기 공보에 비해 매우 b/d가 작고, 상기 공보의 기록매체를 그대로 이용해도, 이 조건하에서 양호한 기록특성을 나타낸다고는 한정되지 않는다.
따라서, b/d의 작음보다 고밀도의 기록·재생에 있어서, C/N비가 높고, 지터가 작은 양호한 기록특성을, 넓은 파워 마진에 있어서 얻기 위해서는 상기 공보에 기재의 기록막 조성을 그대로 적용할 수는 없고, 이에 적합한 기록박막 조성을 기록조건과의 관계로 평가할 필요가 있다고 생각된다.
또한, 정보를 기록·재생하는 층을 다수 적층한 다층기록매체로 하기 위해서는, 기록감도가 중요한 문제가 되고, 막의 투과율이나 반사율도 최적으로 설계할 필요가 있다. 즉, 다층구조매체 있어서, 특히 레이저 입사측에서 계산해 1층째의 제1 정보층은 2층째의 제2 정보층에 대해 충분한 파워로 정보를 기록·재생하기때문에 높은 투과율을 필요로 하고, 또한 제1 정보층 자신에서도 충분한 반사광량을 얻기 위해 높은 반사율도 필요해진다. 이 때문에 필연적으로 제1 정보층은 흡수율을 낮게 하게 되고, 충분한 기록감도를 확보하는 것이 곤란해진다. 종래 보고되는 기록가능한 다층구조 매체는 각층의 기록밀도가 상술한 현재의 레벨에서 보면 낮기 때문에, 결과로써, 기록매체 1매당 취급할 수 있는 정보량을 향상시키는데 부족하다. 또한, 레이저의 파워는 2층양쪽에 신호를 기록하고, 충분한 반사광량을 얻기위해 20mW이상을 필요로 하는등, 양산가능한 반도체 레이저로는 달성이 곤란하다고 할 수 있다.
TeOX계 기록박막의 종래예에 한정해 말하면, 이 재료가 기록가능매체로써의 사용에 적합한 것이 확인된 것은, 상기 공지예등에 기재와 같이, 막두께120nm정도의 매우 두꺼운 막두께이고, 이것은 레이저광을 거의 투과하지 않는다. 따라서 상술과 같이 다층구조 기록매체의 제1층 정보층으로써 이용하기 위해서는 레이저광이 충분히 투과하는 막으로 하지않으면 안되고, 그러한 영역에서의 기록특성에 대해서는 미지이고, 또한 양호한 기록특성을 고밀도, 고감도로 달성할 필요가 있다.
본 발명은 기판상에 형성된 박막에, 레이저 빔등의 고 에너지 빔을 조사함으로써, 신호품질이 높은 정보신호를 기록·재생할 수 있는 광학적 정보기록매체, 그 제조방법, 기록·재생방법 및 기록·재생장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 청구항1의 광학적 정보기록매체의 기록박막 조성범위를 도시한다.
도2는 본 발명의 일실시 형태의 광학적 정보기록매체의 모식적 단면도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시형태의 광학적 정보기록매체의 모식적 단면도이다.
도4는 본 발명의 다른 별도의 실시형태의 광학적 정보기록매체의 모식적 단면도이다.
도5는 본 발명의 일실시형태의 광학적 정보기록매체의 기록·재생장치도이다.
도6은 본 발명의 기록에 적용할 수 있는 펄스파형의 일실시형태의 파형도이고, 도6A는 7T마크를 기록할 경우의 일예의 파형도, 도6B는 7T마크를 기록할 경우의 다른 파형도, 도6C는 7T마크를 기록하는 경우의 다른 파형도이다.
도7은 본 발명의 일실시형태의 광학적 정보기록매체의 제조방법을 도시한 도면이고, 도7A는 제1 성막공정을 도시하는 도면, 도7B는 제2 성막공정을 도시하는 도면, 도7C는 접합공정을 도시하는 도면이다.
도8은 본 발명의 일실시형태의 디스크의 반사율의 막두께 의존성을 도시한 도면이다.
도9는 본 발명의 일실시형태의 충분한 기록특성을 얻을 수 있는 조성범위의 기록조건 의존성을 도시한 도면이다.
도10은 본 발명의 일실시형태의 디스크의 광 반사율 및 광 투과율의 막두께 의존성을 도시한 도면이다.
본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위해, 기록비트 길이(b)의 스폿 직경(d)에 대한 비b/d가 작은 정보의 기록·재생에 있어서, C/N비가 높고, 지터가 작은 양호한 기록특성을 넓은 파워 마진으로 얻을 수 있는 광학적 정보기록매체와 그 제조방법, 광학적 정보기록·재생방법 및 광학적 정보기록·재생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광학적 정보기록매체는, 투명기판상에 적어도 Te, O 및 M원자(다만, M은 금속원소, 반금속원소 및 반도체 원소중에서 선택되는 적어도 1종의 원자)를 함유하는 정보층을 구비하고, 상기 정보층중의 O원자의 함유비율이 40atom% 이상 60atom%이하, M원자의 함유비율이 2atom% 이상 25atom%이하, Te원자의 함유비율이 15atom% 이상 58atom%이하인 것을 특징으로 한다. 이 광학적 정보기록 매체기록에 의하면, 비트 길이(b)의 스폿 직경(d)에 대한 비b/d가 작은 정보의 기록·재생에 있어서, C/N비가 높고, 지터가 작은 양호한 기록특성을 넓은 파워 마진으로 얻을 수 있는 광학적 정보기록매체를 실현할 수 있다.
상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 정보층의 막두께가 10nm이상 20nm이하인 것이 바람직하다. 10nm이상이면, 정보기록으로써 기능하고, 200nm이하이면 코스트적으로 유리하기 때문이다. 또한, 바람직하게는 정보층의 막두께는 10nm 이상 70nm이하이다. 이 범위이면 더 실용적이다.
또한, 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 정보층상에 다시 오버 코트층을 가지는 것이 바람직하다. 정보층의 확보가 가능하기 때문이다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 투명기판상에 정보층을 구비한 정보기록매체가 2매, 상기 정보층을 내측으로 하여 접착층을 통하여 일체화되어 있고, 상기 적어도 한쪽의 정보층이 청구항1의 정보층인 것이 바람직하다. 다층구조로 함으로써, 기록용량을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 정보층상에 다시 분리층을 통하여 다수의 정보층을 구비하고, 상기 정보층중 기판에 가장 가까운 정보층이 청구항1의 정보층인 것이 바람직하다. 마찬가지로 다층구조로 함으로써, 기록용량을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 기판에 가장 가까운 정보층의 막두께가 10nm이상 50nm이하인 것이 바람직하다. 다층구조로 할 경우는, 기판측으로부터 레이저광을 조사하므로, 정보층의 막두께를 얇게 하여, 광 투과율을 저하시키지 않기 위함이다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 기판에 가장 가까운 정보층의 광투과율이 40%이상인 것이 바람직하다. 광 투과율이 40%이상이면, 제2 정보층에 대해서도 기판측으로 부터 레이저광을 조사하여 기록·재생할 수 있다. 여기서 광 투과율이란 분광기등에 의해 기록·재생에 이용하는 레이저 광의 파장의 값을 측정한다. 예를들면, 광 파장680nm을 조사하여 측정한다.
또한, 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 오버 코트층의 두께가 2∼100㎛의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위의 두께이면, 보호층으로써의 기능을 발휘할 수 있다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 접착층의 두께가 2∼100㎛의 범위인 것이 바람직하다. 마찬가지로 이 범위의 두께이면, 접착층으로써의 기능을 발휘할 수 있고, 또한 제1 정보층과 제2 정보층간의 실드를 충분히 취할 수 있다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 분리층의 두께가 파장λ의 광 빔을 개구수NA의 대물렌즈를 통하여 조사할 경우, 서로 인접하는 정보층이 △Z=λ/{2(NA)2}로 정의되는 초점 심도 이상의 막두께를 가지는 것이 바람직하다. 제1 정보층과 제2 정보층간의 실드를 충분히 취하기 위함이다. 보다 구체적으로는 분리층의 두께가 2∼100㎛의 범위인 것이 바람직하다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, M원자가 Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl 및 Pb에서 선택되는 적어도 1개의 금속원소, B, C, As, Se, Sb 및 Bi에서 선택되는 적어도 1개의 반금속원소, Si, Ge 및 Sn에서 선택되는 적어도 1개의 반도체원소중에서 선택되는 적어도 1종의 원자인 것이 바람직하다. 본 발명에 이용하는 Te산화물[TeOX(0 ＜x ＜2)]는 기록하고 나서 마크가 충분히 커진다. 즉, 결정화가 완전하게 진행하는데 긴 경우, 몇분의 시간을 요하고, 단일성분만으로는 실용적 기록매체로써 적합하지 않다. 그래서 제3 성분인 상기 M원자를 첨가함으로써, 결정화를 촉진하고, 몇십μsec(디스크가 1회전하는 시간)이내에 결정화를 완료시키도록 한다. 나선상의 Te의 결정구조의 성장에는 시간이 걸리지만, 상기 Pb등의 M원자를 첨가함으로써, 가교가 일어나 고속으로 결정화가 진행된다. 특히 바람직한 것은 M이 Pd이다. Pd원자는 특히 고속결정화에 우수하기 때문이다.
또한 상기 본 발명의 기록매체에 있어서는, 정보층중의 O원자의 함유비율이 45atom%를 넘어 60atom%이하인 것이 바람직하다. 매트릭스(일반)성분으로써 적정한 양이고, 또한, 기록층의 내산화성이 우수하기 때문이다.
다음에 본 발명의 기록·재생방법은 투명기판상에, 적어도 Te, O 및 원소M(다만, M은 금속원소, 반금속원소 또는 반도체원소내의 적어도 어느 1종)을 함유하는 재료박막으로 이루어지는 정보층을 포함하는 광학적 정보기록매체를, 상기 투명기판측으로부터 광 빔을 조사하여 정보신호를 기록·재생하는 방법으로써, 상기 광 빔이 대물렌즈를 통하여 상기 광학적 정보기록매체에 조사될 시, 빔 강도분포가 가우스분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿 중심의 1/e가 되는 직경을 스폿 직경으로 정의한 경우, 상기 스폿 직경이 d가 되고, 기록 비트 길이를 b로 하고, 상기 비트길이(b)의 상기 스폿 직경(d)에 대한 비 b/d가 0.7이하가 되는 조건으로 기록·재생을 행하는 것을 특징으로 한다. 이 기록·재생방법에 의하면, 고속도 정보기록 및 그 재생방법을 실현할 수 있다.
상기 기록·재생방법에 있어서는, 광 빔의 강도를, 적어도 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도 조사부를 결정화시키는데 충분한 파워 레벨P1, 광을 무변조로 조사해도 조사부를 결정화시키지 않는 파워 레벨P2 및 P3(다만, P1＞P2≥P3≥0)간에서 변조하고, 기록하려는 몇개의 다른 길이의 마크 중 적어도 가장 짧은 마크보다 긴 마크를 형성할 경우, 한개의 마크를 형성하기 위한 펄스 파형을, 파워 레벨(P1)과 (P3)간에서 변조된 다수의 펄스열로 이루어지는 기록 펄스열로 하고, 마크를 형성하지 않는 부분은 파워 레벨(P2)로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 이 방법을 채용하면, 후에 설명하는 도6과 같이, 정확한 기록을 행할 수 있다.
또한 상기 기록·재생방법에 있어서는, 파워 레벨(P1)을, 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도, 조사부를 순간 용융시키는 것이 가능한 파워로 하는 것이 바람직하다. 이 방법을 채용하면, 용융결정화에 의한 정확한 기록을 행할 수 있다.
또한 상기 기록·재생방법에 있어서는, 기록 펄스열중, 적어도 선두의 펄스와 최후 펄스를 제외한 전체의 펄스가 각각의 폭이 같은 구형펄스이고, 상기 구형 펄스간도 각각의 폭이 같은 것이 바람직하다. 이 방법을 채용하면, 펄스 변조의 기본 클럭신호가 1종류면 되고, 펄스수를 증감하는 것만으로 제어할 수 있으므로, 제어가 용이해진다.
또한 상기 기록·재생방법에 있어서는, 기록 펄스열의 최후 펄스의 직후에 파워 레벨(P3)의 냉각구간을 설치하는 것이 바람직하다. 레이저 광 조사에 의해 용융된 부분의 후단부의 과열을 방지하기 위함이다.
다음에 본 발명의 기록·재생장치는 투명기판상에 적어도 Te, O 및 M원자(단, M은 금속원소, 반금속원소 또는 반도체원소내의 적어도 어느 1종)을 함유하는 정보층을 구비한 광학적 정보기록매체에 상기 투명기판측으로부터 광 빔을 조사하여 정보신호를 적어도 기록하는 기록·재생장치로써, 상기 광 빔이 대물렌즈를 통하여 상기 광학적 정보기록매체에 조사함으로써, 정보신호의 비트예를 적어도 기록할 시, 빔 강도분포가 가우스분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿 중심의 1/e가 되는 직경을 스폿 직경으로 정의한 경우, 상기 스폿 직경이 d에 대한 상기 비트 길이(b)의 비율 b/d가 0.7이하가 되도록 상기 광 빔의 강도를 변조하는 변조수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 기록·재생장치에 있어서는, 광 빔의 강도를, 적어도 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도 조사부를 결정화시키는데 충분한 파워 레벨P1, 광을 무변조로 조사해도 조사부를 결정화시키지 않는 파워 레벨P2 및 P3(다만, P1＞P2≥P3≥0)간에서 변조하고, 기록하려는 몇개의 다른 길이의 마크 중 적어도 가장 짧은 마크보다 긴 마크를 형성할 경우, 한개의 마크를 형성하기 위한 펄스 파형을, 파워 레벨(P1)과 (P3)간에서 변조된 다수의 펄스열로 이루어지는 기록 펄스열로 하고, 마크를 형성하지 않는 부분은 파워 레벨(P2)로 일정하게 유지하는 상기 광 빔의 강도를 변조하는 변조수단을 구비하는 것이 바람직하다.
또한 상기 기록·재생장치에 있어서는, 파워 레벨(P1)을, 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도 조사부를 순간 용융시키는 것이 가능한 파워로 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 기록·재생장치에 있어서는, 기록 펄스열중, 적어도 선두의 펄스와 최후 펄스를 제외한 전체의 펄스가 각각의 폭이 같은 구형 펄스이고, 상기 각 구형 펄스간도 각각의 폭이 같은 것이 바람직하다. 또한 상기 기록·재생장치에 있어서는, 기록 펄스열의 최후의 펄스 직후에 파워 레벨(P3)의 냉각구간을 설치한 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 광학적 정보기록매체의 제조방법은 투명기판상에, Te, O 및 원소M(단, M은 금속원소, 반금속원소 및 반도체원소중 선택되는 적어도 1종의 원자)를 함유하는 재료박막을 이용하여, 기상박막 퇴적법에 의해, O원자의 함유비율이 40atom%이상 60atom%이하, M원자의 함유비율이 2atom% 이상 25atom%이하, Te원자의 함유비율이 15atom% 이상 58atom% 이하의 정보층을 성막하는 것을 특징으로 한다. 이 제법에 의하면, 본 발명의 정보기록매체를 효율좋고 합리적으로 제조할 수 있다.
상기 제조방법에 있어서는, 정보층의 위에, 다시 에너지선 경화수지를 코팅한 후, 에너지선을 조사하여 경화시켜 오버 코트층을 형성하는 것이 바람직하다. 에너지선으로써는 예를들면 자외선을 이용할 수 있다.
또한 상기 제조방법에 있어서는, 투명기판상에 정보층을 구비한 정보기록매체를 2매 준비하고, 상기 정보층을 내측으로 하여 그 사이에 에너지선 경화수지 또는 핫 멜트 수지 접착층을 도포하여 접착 일체화하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제조방법에 있어서는, 정보층 위에, 다시 에너지선 경화수지를 코팅한 후, 에너지선을 조사하여 경화시켜 분리층을 형성하고, 그 위에 다시 제2 정보층을 형성하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제조방법에 있어서는, 정보층중 O원자의 함유비율이 40atom%이상 60atom% 이하, M원자의 함유비율이 2atom% 이상 25atom%이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 제조방법에 있어서는, 정보층의 막두께가 10nm이상 50nm이하인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 도1은 Te-O-Pd의 3원계의 조성도이고, 도1에서 A, B, C, D로 둘러싸여진 영역, 또는 E, F, G, H로 둘러싸여진 영역은 본 발명에 의한 광학적 정보기록매체의 기록박막의 조성범위를 나타낸다. 이 조성범위가 본 발명의 목적을 달성하는데 최적이라는 결론에 이르는 과정에 대해서는 뒤에 자세하게 기술한다.
도2는 본 발명에 의한 광학적 정보기록매체의 일구성예의 단면도이다. 도2에서, 1은 투명한 디스크 기판, 2는 기록박막이고 Te, O 및 M(단, M은 금속원소, 반금속원소 또는 반도체원소내의 적어도 어느 1종)을 함유하는 재료박막으로 이루어지는 정보층, 3은 오버 코트층이다.
투명기판(1)의 재료로써는 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리올레핀수지, 아톤수지, 유리등을 이용할 수 있다. 또한, 투명기판(1)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.3∼1.5mm정도를 이용할 수 있다.
기록박막(2)은 예를들면 진공증착법, 스패터링법, 이온플레이팅법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법등의 통상의 기상박막 퇴적법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학적 정보기록매체는 도2에 도시하는 바와같이 자외선 경화성 수지로 오버 코트하여 단판 디스크로 하던지 도3에 도시하는 바와같이 자외선 경화성 수지 또는 핫 멜트 타입의 접착제(4)로 맞붙여 양면 디스크로써도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학적 정보기록매체는 기록박막의 열적 손상에 의한 노이즈의 증가를 억제하는 등의 목적으로 예를들면 ZnS-SiO2혼합재료등의 도전체 보호층을 기록박막의 기판측 및 기판과 반대측의 어느 한쪽, 또는 양쪽에 필요에 따라 적당히 설치할 수 도 있다.
또한, 본 발명의 광학적 정보기록매체는 흡수율 향상, 광 반사율향상, 기록박막의 열부하의 경감등의 목적으로 예를들면 Au, Al등의 금속, 또는 이들을 베이스로 한 합금재료로 이루어지는 반사층을 기록박막의 기판과 반대측에 필요에 따라 설치할 수 있다.
도4는 본 발명에 의한 다수의 정보층을 구비한 광학적 정보기록매체의 일구성예의 단면도이다. 도4에서, 1은 투명기판, 5는 Te, O 및 M을 주성분으로 하는 기록박막으로 이루어지는 제1 정보층, 6은 분리층, 7은 제2 정보층이고, 투명기판(1)측에서 레이저 광(8)을 대물렌즈(9)를 통하여 조사하여 기록·재생을 행한다.
투명기판(1)의 재료로써는, 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리올레핀 수지, 아톤 수지, 유리등을 이용할 수 있다. 또한, 투명기판(1)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.3∼1.5mm정도의 것을 이용할 수 있다.
제1 정보층(5) 및 제2 정보층(7)은 예를들면 진공증착법, 스패터링법, 이온 프레이팅법, CVD법, MBE법등의 통상의 기상박막 퇴적법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 상기 원소M의 주요 역할은 제1 정보층(2)에 대해 레이저 가열에 의한 기록을 한 후에 신호강도가 포화하는데 시간이 걸리는 현상의 억제이고, 이를 위해서는 효과의 대소에 차이는 있지만, 반금속 및 반도체를 포함한 거의 대부분의 금속원소를 적용하는 것이 가능하고, 그 중에서도 귀금속원소는 내산화성이 우수하기 때문에, 내습성·내식성으로 바람직하고, 또한 그 중에서도 Pd, Au등은 신호 강도를 크게하는데 유리하다.
분리층(6)은 레이저 광(8)을 유효하게 이용하기 위해 레이저 광(8)의 파장영역의 특히 제1 정보층(5)을 투과한 광에 대한 흡수가 작은 재료인 것이 바람직하다. 따라서, 투명한 접착제 또는 기판과 마찬가지로 수지, 유리재료등을 적용할 수 있다.
또한 분리층(6)의 두께는 한쪽 정보층을 재생할 시에 다른쪽 정보층에서의 크로스 토크가 작아지도록, 적어도 대물렌즈(9)의 개구수(NA)와 레이저 광(8)의 파장λ에 의해 결정되는 초점(焦点)심도△Z이상의 막두께가 필요하다. 여기서 초점심도△Z는 집광점의 강도를 무수차(無收差)의 80%를 기준으로 하면, 일반적으로 하기식(수1)에 근사할 수 있다.
△Z = λ/ {2(NA)2} (수1)
예를들면, λ=680nm, NA = 0.60인 경우에는 △Z=0.944㎛이 된다. 따라서, ±1.0㎛이내는 초점심도내로 되므로, 이 광학계를 이용한 경우, 분리층(6)의 두께는 구체적으로는 적어도 2.0㎛를 넘는 값으로 설정하면 되고, 상한은 100㎛가 바람직하다.
또한, 분리층(6)의 두께는 2개의 정보층에 고밀도 정보의 기록·재생을 가능하게 하므로, 양층간의 거리가 대물렌즈(9)의 집광 가능한 범위에 있도록, 투명기판(1)의 두께와 함께 대물렌즈의 허용할 수 있는 기재 두께차내에 있을 필요가 있다.
또한, Te, O 및 M을 함유하는 제1 정보층(5)은, 기록막의 열적 손상에 의한 노이즈의 증가를 억제하거나 또는 광학적으로 제1 정보층(5)의 광 반사율·광 투과율등을 제어하는 등의 목적으로 예를들면 ZnS-SiO2혼합재료등의 유전체 보호층을, 광 반사율향상, 기록박막의 열부하의 경감등의 목적으로 예를들면 Au, Al등의 금속, 또는 이들을 베이스로 한 합금재료로 이루어지는 반사층을 제1 정보층(5)의 기록박막의 기판측 및 기판과 반대측 어느 한쪽, 또는 양쪽에 필요에 따라 적당히 설치할 수 있다.
또한, 제2 정보층(7)은 정보의 기록·소거·재생이 가능한 개서(改書)형, 정보의 기록·재생이 가능한 추기(追記)형, 또는 미리 축적된 정보의 재생이 가능한 재생전용중 어느 매체로 하는 것도 가능하다. 또한, 그 원리는 광학적 또는 자기적으로 다른 다수의 상태를 검출함으로써, 정보신호로써 취급할 수 있다.
또한, 제2 정보층(7)을 제1 정보층(5)과 마찬가지로 Te-O-M을 주성분으로 하는 박막으로 하고, 적정한 광투과율 및 광 반사율을 얻을 수 있는 박막으로 함으로써, 제3 정보층을 설치하여 이에 기록·재생을 행하는 즉, 3층 이상의 다층기록매체를 얻는 것도 가능하다.
또한, 상기 다층구조매체 2매를, 각각의 제2 정보층(7)측을 대향시켜 맞붙이고, 양면 구조로 함으로써, 매체 1매당 취급할 수 있는 정보량을 2배로 할 수 있다.
이상의 디스크 구성에 있어서, 어떤 정보층에 대해서도 품질이 높은 신호를 기록 및 또는 재생하는 것은 물론, 각층에서의 신호 레벨이 동등한 것이 재생장치의 구성에서도 바람직하다. 이를 위해서는 각층에서 얻어지는 반사광량이 동등해지도록 광학설계를 행할 필요가 있다. 이하, 이 광학설계에 대해 설명한다.
제1 정보층(5)단독 경우의 광 반사율을 R1, 광 투과율을 T1, 제2 정보층(7)단독 경우의 광 반사율을 R2로 한다. 제2 정보층(7)을 재생할 시의 매체의 광 반사율(r2)은 레이저 광(8)이 제1 정보층(5)을 투과하고, 제2 정보층(7)에 의해 반사되며, 다시 제1 정보층(5)을 투과한 것이며, 이것이 제1 정보층(5)을 재생할 시의 매체의 광 반사율(r1)과 동등한 것이 바람직하다. 여기서 r1 및 r2는 하기식(수2)과 같이 표시할 수 있다.
r1 = R1, r2 = T12× R2 (수2)
이 r1과 r2가 같은 것이 이상적이지만, 실제로는 r1의 r2에 대한 비K=r1/r2는 예를들면 0.2 ＜K＜5.0이하인 일정 허용범위가 있는 것이 보통이고, 그 범위내에 포함되는 광반사율 및 광 투과율이 되도록 재료·조성·막 두께를 선정하면 된다. 또한, 각 층이 기록가능한 정보층인 경우, 기록전후에 각층의 광 반사율이나 광 투과율이 변하므로, 모든 경우에 대해 K의 값이 허용범위를 넘지않도록 광학적으로 설계하는 것이 필요하다.
도5는 본 발명에 의한 광학적 정보기록매체의 기록·재생을 행하기 위한 장치의 개략도이다. 반도체 레이저(10)를 내보낸 레이저 빔(8)은 콜리메이터(collimator)렌즈(11)로 집광되어 평행광선이 되고, 빔 스플릿터(12), λ/4 파장판(13), 대물렌즈(9)를 통하여 광 디스크(17)상에, 대물 렌즈를 보이스 코일(16)로 상하로 움직임으로써 포커싱된다. 광 디스크(17)는 턴 테이블(14)상에 고정되며, 모터(18)에 의해 회전되어, 정보신호의 기록이 행해진다. 20은 입력신호, 21은 재생 출력신호이다.
정보신호의 기록을 행할 시에는, 레이저 광의 강도를, 적어도 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도 조사부를 결정화시키는데 충분한 파워 레벨P1, 광을 무변조로 조사해도 조사부를 결정화시키지 않는 파워 레벨P2 및 P3(단, P1＞P2≥P3≥0)간에서 변조한다. 기록하려는 몇개의 다른 길이의 마크 중, 적어도 가장 짧은 마크보다 긴 마크를 형성할 경우에는, 한개의 마크를 형성하기 위한 펄스파형을, 파워 레벨P1과 P3간에서 변조된 다수의 펄스열로 이루어지는 기록 펄스열로 하고, 마크를 형성하지 않는 부분은 파워 레벨P2로 일정하게 유지한다.
도6에 상기 기록 펄스열의 내, 7T마크를 기록할 경우의 파형도의 예를 몇개 도시한다. 본 발명의 실시형태에 있어서는, 도6중 도6A의 펄스를 이용했는데, 도6B, 도6C 또는 그 이외의 파형 패턴이라도 사용할 수 있다.
이 정보신호를 재생할 경우에는, 재생 파워P4의 연속광을 기록시와 같도록 광 디스크에 조사하고, 그 반사광을 검출기(15)에 입사시켜, 그 반사광량변화를 재생신호로써 검출한다.
또한, 도4에 도시한 바와같은 다수의 정보층을 구비한 광학적 정보기록매체에 정보를 기록·재생할 경우, 다수의 정보층중 어느한쪽을 선택하여 정보를 기록·재생하기 위해서는 층인식수단 및 층교체수단등이 필요한데, 이것은 예를들면 특원평7-82248호 등에 기재되어 있고, 또한, 이미 상품화되어 있는 재생전용 광 디스크DVD의 기록·재생장치등에도 탑재되어 있고, 이들 기술적으로 확립되어 있는 것을 이용할 수 있다.
다음에 본 발명의 광학적 정보기록매체의 대표적인 제조방법에 대해 설명한다. 도7은 그 공정도이다. 우선 제1 성막공정(도7A)으로써, 제1 기판(1)상에 상술의 방법으로 Te, O 및 금속원소M을 함유하는 막을 제1 정보층(5)으로써 막두께는 10nm이상, 50nm이하의 범위내, 조성은 O원자가 40atom%이상 60atom% 이하, 또한 상기 M원자가 2atom% 이상, 25atom%이하의 조성비율의 범위내가 되도록 성막한다. 마찬가지로 제2 성막공정(도7B)으로써, 제2 기판(19)상에 제2 정보층(7)을 성막한다. 그리고, 접합공정(도7C)으로써, 제1 또는 제2중 어느 한쪽의 기판 막면상에 자외선 경화성 수지등의 접합재료를 도포하고, 또 한쪽의 기판의 막면을 대향시켜 접합하고, 필요하면 어느 한쪽 기판측에서 자외선등의 광을 조사하는 등, 소정방법으로 접합재료를 경화시켜, 분리층(6)을 형성한다. 또한, 성막공정을 1회로 하는 등의 이유로 제1 기판(1) 또는 제2 기판(19)중 어느 한쪽에 제1 정보층(5), 분리층(6), 제2 정보층(7)을 형성한 후에 또 한쪽의 기판과 접합하는 방법도 가능하다.
(실시형태1)
폴리카보네이트 수지로 이루어지는 두께0.6mm, 홈 피치1.48㎛의 레이저 안내용 홈(그루브)이 설치된 투명기판상에 Te, O, Pd로 이루어지는 기록박막을, Te 및 Pd 모두 4인치의 단체(單體)재료 타겟을 이용하여, 스패터가스로써 전압2∼3mTorr의 Ar 및 O2의 분위기중에서 스패터 파워30∼150W의 범위에서 스패터링법으로 약40nm적층하고, 자외선 경화성 수지로 오버 코트한 단판(單板)의 디스크No.1∼20을 작성했다. 이들은 기록특성의 기록박막조성에 대한 의존성을 조사하기 위해 그 조성을 변화시킨 디스크이다. 표1에 각 디스크의 기록박막의 오제(Auger)전자 분광법(이하 AES라고 칭한다)에 의한 원소분석결과를 표시한다. 또한, 이 결과에 따라 각 디스크의 조성을 도1에 도시했다.
<표1>
또한, 스패터법에 의한 성막의 원재료로써는 Te 및 Pd의 단체 타겟을 이용했는데, Te-Pd합금, TeO2의 타겟등을 이용해도 같은 기록박막을 얻을 수 있다.
여기서, 박막을 약40nm으로 했는데, 이것은 광 반사율변화가 커지도록 선택한 것이다. 그 일예로써, 디스크No.7과 같은 조성의 막에 대해 파장680nm의 광 반사율의 막두께 의존성을 도8에 도시한다.
도8에서 Ra는 성막후 그대로의 상태(as depo. 상태), 즉 미기록상태에서의 광 반사율, Rc는 결정상태에서의 광 반사율, △R은 광 반사율차, 즉 Rc에서 Ra를 이끌어 낸 것이다. 또한 이들 값은 폴리카보네이트 기판상에, 다양한 막두께의 Te-O-Pd막을 적층하고, 분광기로 광 반사율을 측정한 것이다. 결정상태의 샘플은 소정 파워의 레이저광으로 결정화 처리함으로써 작성했다.
도8에 의하면, 이 조성막은 막두께 40nm 및 140nm근방에서 △R이 극대로 된다. 특히 막두께 40nm근방은 미기록상태의 광 반사율Ra가 크기 때문에 포커스 및 트랙킹등의 서보의 안정성 면에서 유리하고, 또한 비교적 얇기 때문에 코스트를 저감할 수 있는 메리트도 있다.
다만, 이것은 파장680nm의 특정 조성만의 결과이고, 광학적 정보기록매체로써의 사용에 적합한 막두께 범위는 Te·O·Pd의 조성, 기록박막에 접하는 유전체 보호층의 유무, 및 레이저 파장등에 따라서도 다르지만, 10nm이상 200nm이하, 보다 바람직하게는 10nm 이상 70nm이하이다.
상기 디스크에 대해, 파장 680nm, NA0.6의 광학계를 이용하여, 선속도6.0m/s이고 비트길이b=0.41㎛의 마크 에지 기록을 행했다. 또한, 이 조건에서는 레이저광의 빔 강도가 가우스 분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿 중심의 1/e가 되는 직경을 스폿 직경(d)으로 정의한 경우, 스폿 직경d=0.69㎛이 되며, 비트길이b의 스폿직경d에 대한 비b/d=0.6이 된다.
이 조건으로 레이저 파워를 5.0∼17.0mW범위의 기록 파워(피크 파워)P1,2.0∼4.0mW정도의 바이어스 파워P2,1mW의 보텀(bottom)파워P3간에서 도7(a)에 도시하는 바와같이 변조하고, 3T주기의 단일 신호, 또는 (8-16)변조의 랜덤신호를 미기록의 트랙에 1회 기록하고, 3T신호의 C/N비 및 랜덤 신호의 지터를 평가했다.
또한, C/N비는 일반적으로 기록하여 몇분후 정도의 것을 측정하는데, 기록박막의 조성에 따라서는 기록후 신호가 포화하기까지, 즉 기록박막중의 레이저 광 조사부의 결정화가 충분히 진행되기 까지 약간의 시간을 요하는 경우가 있으므로, 데이터를 디스크에 기록하여 일회전후(34msec후)와 몇분후와의 재생파형을 비교하고, 시간과 함께 C/N비가 증가하지 않았는지 조사했다.
표1은 각 디스크No.1∼20의 평가결과이고, 기록하여 일회전후와 몇분후의 C/N비 및 지터가 12.8%이하가 되는 기록파워마진을 나타내고 있다. 표1에 의하면, 기록박막중 O원자가 40atom%미만의 영역에서는 기록박막의 열전도율이 너무 높기 때문에, 기록 마크간의 열 간섭이 현저해지고, 피크 파워를 올려도 C/N비가 올라가지 않으며, 지터값도 12.8%이상이다.
이에대해, 기록박막중 O원자가 40atom%이상의 영역에서는, 기록박막의 열전도율이 낮아지므로, 감도는 조금 나빠지지만, 지터가 12.8%이하의 파워 마진은 넓어진다. 현실의 기록·재생에 적용하는 실용적인 기록매체로써는 어느 정도의 파워 변동에 대응하지 않으면 안되므로, 이 쪽이 적합하다고 말할 수 있다.
또한, 기록박막중 O원자가 60atom%를 넘는 영역에서는 기록박막의 열전도율이 너무 낮아지므로, 기록 마크를 충분히 크게 쓸 수 없고, C/N비가 낮고, 감도도 불충분해 실용에 적합하지 않다.
이들 현상은 이하와 같이 설명할 수 있다. 즉, Te-O-Pd기록박막은 TeO2매트릭스중에 Te 및 Pd원자가 분산된다고 생각할 수 있다. 이 기록막이 레이저 광 조사에 의해 가열되면, 분산되었던 Te 및 Pd원자가 이동을 시작하고, 결합함으로써 결정화가 진행되고, 그 결과 광 반사율이 상승한다.
이 때에, TeO2매트릭스에 대해 Te 및 Pd원자가 점유하는 비율이 비교적 큰 경우에는 Te 및 Pd원자는 비교적 짧은 이동거리로 결합할 수 있다. 이 때문에, 비교적 작은 기록 파워로, 비교적 짧은 시간에 마크가 형성된다.
그러나, 기록 파워를 높히면 잉여의 열이 커지고, 이 열이 마크의 주변부분에 전해져 결정화 영역을 불필요하게 확대시키므로, 마크의 에지가 약해져, 지터가 커져 버린다.
반대로, TeO2매트릭스에 대해 Te 및 Pd원자가 점유하는 비율이 비교적 작은 경우, Te 및 Pd원자가 결합하기 위해서는 비교적 긴 거리를 이동하지 않으면 안된다. 이 때문에, 마크형성에는 비교적 높은 기록파워와 비교적 긴 시간이 필요해진다. 따라서, 기록파워를 높혀도 결정화영역이 확대되기 어렵고, C/N비가 낮고, 감도가 나빠진다. 이러한 매카니즘에서 생각하여 TeO2매트릭스에 대해 Te 및 Pd원자가 점유하는 비율이 너무 많지도 않고, 적지도 않은 적당한 범위가 아니면 고밀도에서의 양호한 기록특성을 얻을 수 없다.
그 적당한 범위는 엄밀하게는 매트릭스 부분의 TeO2에 대해 결정화하는 부분의 Te 및 Pd 비율의 범위에서 나타나야 하는데, 대략 기록막중에 함유되는 O원자의 비율 범위에서 나타나는 것과 거의 같고, 그 O원자 비율의 범위가 40atom%이상 60atom%이하이다.
또한, 기록박막중에 Pd원자가 포함되지 않는 조성에서는, 기록박막의 결정화, 즉 기록신호의 포화에 시간을 요하고, 기록직후는 C/N비가 낮다. 이것은 Pd를 첨가함으로써 해소된다.
Pd는 상기한 바와같이, TeOX박막중에 있어서, 레이저 광 조사시에 Te의 결정성장을 촉진하는 작용을 하다고 생각할 수 있고, 이에따라 결정성이 보다 진행된 Te 또는 Te-Pd합금의 결정입자가 고속으로 생성된다. 그 결과로 얻어지는 최저한의 양이 기록박막 전체에 대해 Pd2atom%정도였다.
반대로, Pd량은 너무 많아도 안된다. Te와 결합하는 것만의 양보다도 과잉의 Pd는 상변화에 기여하지 않으므로, 결정화에 따라 광 반사율변화를 광학적으로 작게 하고, C/N비가 낮아져 버린다. 그 한계는 기록박막 전체에 대해 Pd25atom%정도였다.
따라서, C/N비(기록직후를 포함한다), 감도, 지터등 전체를 고려하면, 기록박막중 O원자가 40atom%이상 60atom%이하, Pd원자가 2atom%이상 25atom%이하의 조성범위가 이 기록조건에 적합하다고 말할 수 있다. 또한, 이 범위는 도1에 A, B, C, D로 싸여진 영역이다. 또한 상기 조성범위는, 예를들면 선속도등의 기록·재생조건에 따라 적당히 선택할 수 있다.
또한, 완전히 같은 조건에서 기록밀도만을 비트길이0.48㎛ 및 0.35㎛로 각각 바꾼 경우, 즉 비트 길이b의 스폿 직경d에 대한 비b/d=0.7 및 b/d=0.5의 조건에서 상기 디스크No.1∼20의 기록·재생을 행하고, 그 결과에서 상기 b/d=0.6인 경우와 마찬가지로 그 조건하에서 충분한 기록특성을 나타내는 조성범위를 구했다. 그 결과를 b/d=0.6인 경우도 포함하여 도9에 도시한다. 도9에 의하면, 충분한 기록특성을 나타내는 조성범위는 O, Pd 동시에 b/d가 작아짐과 동시에 좁아지는 것을 알 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는, 기록박막으로써 Te, O, Pd의 3원소만으로 이루어지는 재료를 이용한 예로 설명했는데, 열전도율, 광학정수등의 각 특성의 미조정, 또는 내열성, 환경신뢰성의 향상등의 목적으로 Au, Pt, Ag, Cu, Bi, Si, Se, S, N, F, C등의 금속·반금속·반도체 및 비금속원소에서 선택되는 적어도 1개의 원소를 부성분으로 하여 필요에 따라 적당히 기록박막에 첨가해도 된다. 또한, 상기 부성분은 일반적으로 기록박막전체의 5atom% 정도이내의 조성비율의 범위에서 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명의 O원자를 40atom%이상 60atom%이하, Pd원자를 2atom%이상 25atom%이하의 조성비율의 Te·O·Pd를 주성분으로 하는 광학적 정보기록매체는, 상술한 바와같이 예를들면 b/d가 0.7이하가 되는 조건에서의 기록·재생방법에 적합한 조성이지만, b/d가 0.7을 넘는 종래의 기록·재생방법에도 적용할 수 있다.
(실시형태2)
폴리카보네이트 수지로 이루어지는 두께0.6mm, 홈 피치1.48㎛의 레이저 안내용 홈(그루브)이 설치된 제1 투명 기판상에 제1 정보층으로써 Te, O, Pd로 이루어지는 기록박막을, Te 및 Pd 모두 4인치의 단체재료 타겟을 이용하고, 스패터 가스로써는 전압2∼3mTorr정도의 Ar 및 O2의 분위기중에서, 스패터 파워 30∼150W의 범위에서 스패터링법으로 약20nm적층했다. 다음에 제1 기판과 같은 제2 기판에 제2 정보층으로써 Te, O, Pd로 이루어지는 기록박막을 같은 방법으로 약60nm적층했다. 어떠한 정보층의 조성도, 오제전자분광법(이하 AES라고 칭한다)에 의하면 Te : O : Pd=42 : 46 : 12(원자수비)였다. 또한, 스패터법에 의한 성막의 원재료로써는 Te 및 Pd의 단체 타겟을 이용했는데, Te-Pd합금, TeO2의 타겟등을 이용해도 같은 기록박막을 얻을 수 있다.
이렇게 하여 얻어진 제2 기판의 박막면을 위로 향해 수평으로 유지하고, 그 박막면상에 분리층으로써 자외선 경화성 수지를 도포하고, 이 위에 제1 기판의 박막면을 아래로 하여 압압하고, 분리층이 원하는 두께로 되도록 일정속도로 일전시간 회전시키고, 여분의 자외선 경화성 수지를 배제했다. 그리고 제1 기판측에서 자외선 램프광을 조사함으로써 수지를 경화시켰다. 이 결과, 분리층의 두께를 측정하면 약40㎛이고, 상술의 초점심도보다 두껍게 할 수 있었다.
또한, 금회 선택한 막두께는 이하의 광학설계에 기초한 것이다. 도10은 파장680nm의 Te-O-Pd막의 광 반사율 및 광 투과율의 막두께 의존성이다. 도10에서 Ra 및 Ta는 성막 후 그대로의 상태(as depo. 상태), 즉 미기록상태에서의 광 반사율 및 광 투과율, Rc 및 Tc는 결정상태에서의 광 반사율 및 광 투과율, △R은 광 반사율차, 즉 Rc에서 Ra를 이끌어 낸 것이다. 또한, 이들 값은 폴리카보네이트 기판상에, 다양한 막두께의 Te-O-Pd막을 적층하고, 분광기로 광반사율 및 광 투과율을 측정한 것이다. 결정상태의 샘플은 소정의 파워 레이저광으로 결정화 처리함으로써 작성했다.
기록한 신호의 강도를 크게 하기 위해서는 △R을 크게해야 하는데, 도6에 의하면, 이 조성의 막은 막두께40nm 및 140nm근방에서 △R이 극대로 된다. 이 중 막두께 140nm근방은 거의 광을 투과하지 않는데 대해, 40nm근방은 어느 정도 광 투과율이 있으므로 제1 정보층으로써 적합하고, 또한 광 반사율도 크기 때문에 충분한 반사광량을 얻을 수 있으므로 신호의 재생 및 포커스나 트랙킹등의 서보의 안정성의 면에서 유리하다. 이상과 같은 이유로 이 40nm근방에서 제1 및 제2 정보층의 막두께를 선택했다. 제1 정보층으로써는 광 투과율을 중시하고, 40nm보다 얇고, 어느 정도 광 반사율도 있는 20nm을, 제2 정보층으로써는 광 반사율을 중시하고, 광 반사율이 최대가 되는 55nm으로 했다.
이 막두께 구성의 광학적 정보기록매체의 파장680nm의 광에 대한 각 정보층의, 각각이 성막한 채로의 상태(as depo. 상태)또는 결정상태인 각 경우의 상기 R1,T1,R2의 실측치 및 r1,r2의 (수2)에 의한 계산치를 하기 표2에 표시한다.
<표2>
제1정보층상태 as depo. as depo. 결정 결정
제2정보층상태 as depo. 결정 as depo. 결정
R1 6% 6% 14% 14%
T1 69% 69% 50% 50%
R2 12% 27% 12% 27%
r1 6% 6% 14% 14%
r2 6% 13% 3% 7%
(비고) R1 : 제1 정보층의 광반사율
T1 : 제1 정보층의 광투과율
R2 : 제2 정보층의 광 반사율
r1 : 제1 정보층을 재생할 시의 매체의 광 반사율
r2 : 제2 정보층을 재생할 시의 매체의 광 반사율
표2에 의하면, 제1 및 제2 정보층은 성막한 채로의 상태에서 r1이 6%, r2가 6% 또는 3%이므로, r1의 r2에 대한 비k=r1/r2의 값은 1.0 또는 2.0이 된다. 또한, 제1 및 제2의 정보층은 결정상태에서 r1이 14%, r2가 13% 또는 7%이므로, k의 값은 1.1 또는 2.0이 된다. 따라서 전체의 경우를 고려하여 K의 값은 1.0 이상 2.0이하의 범위내에 포함된다.
여기서, 이와같이 K의 값이 허용범위에 포함되기 위해서는 제1 정보층이 높은 광투과율과 적정한 광 반사율을 가지는 것이 필요하다. 특히 양산 가능한 반도체 레이저는 출력이 15mW정도이므로, 최저에서도 6mW의 기록을 요하는 일반적인 기록박막을 제2 정보층에 이용한 경우에 있어서는 광 투과율은 40%이상인 것이 바람직하다. 이것을 만족하는 막두께의 범위는 조성, 레이저광의 파장등에 따라서도 다르지만, 도10에서 10nm이상, 50nm이하의 범위였다.
상기 디스크에 대해 파장680nm, NA0.6의 광학계를 이용하여 선속도6.0m/s이고 비트길이b=0.41㎛의 마크 에지 기록을 행했다. 또한, 이 조건에서는 레이저 광의 빔 강도가 가우스 분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿중심의 1/e로 되는 직경을 스폿직경d으로 정의한 경우, 스폿직경d=0.69㎛가 되고, 비트길이b의 스폿직경d에 대한 비b/d=0.6이 된다.
이 조건에서 레이저 파워를 5.0∼15.0mW범위의 기록 파워(피크 파워)P1,2.0∼3.0mW정도의 바이어스 파워P2,1mW의 재생 파워P3간에서 도7(a)에 도시하는 바와같이 변조하고, 3T주기의 단일 신호를 기록하여 C/N비를 측정하고, 또한 (8-16)변조의 랜덤 신호를 기록하여 지터를 측정했다.
또한, C/N비는 일반적으로 기록하고 나서 몇분후 정도의 것을 측정하는데, 기록박막의 조성에 따라서는 기록후 신호가 포화하기 까지 즉 기록박막중의 레이저 광 조사부의 결정화가 충분히 진행되기 까지에 약간의 시간을 요할 경우가 있으므로, 데이터를 디스크에 기록하여 일회전 후(34msec후)와 몇분후와의 재생파형을 비교하여, 시간과 함께 C/N비가 증가하지 않는가에 대해서도 조사했다.
그 결과, 3T 주기의 단일신호를 기록한 경우, 제1 정보층에서는 9mW이상의 기록 파워로 51dB정도, 제2 정보층에서는 제1 정보층이 미기록인 경우, 11mW이상의 기록 파워로 50dB정도의 제1 정보층이 기록이 끝난 경우는 12mW이상의 기록 파워로 49dB정도의 C/N비를 얻을 수 있었다. 또한 (8-16)변조의 랜덤 신호를 기록한 경우, 어떤 정보층에 있어서도 재생신호의 양호한 아이패턴이 얻어져, 지터 ＜12.8%가 되는 파워 마진은 30%pp이상이었다.
이상 설명한 대로, 본 발명에 의하면, 특히 기록 비트 길이b의 스폿 직경d에 대한 비b/d가 작은 정보의 기록·재생에 있어서, C/N비가 높고, 지터가 작은 양호한 기록특성을 넓은 파워 마진으로 얻을 수 있는 광학적 정보기록매체를 제공할 수 있다.

Claims (31)

  1. 투명기판상에, 적어도 Te, O 및 M원자(다만, M은 금속원소, 반금속원소 및 반도체 원소중에서 선택되는 적어도 1종의 원자)를 함유하는 정보층을 구비하고, 상기 정보층중의 O원자의 함유비율이 40atom% 이상 60atom%이하, M원자의 함유비율이 2atom% 이상 25atom%이하, Te원자의 함유비율이 15atom% 이상 58atom%이하인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  2. 제1항에 있어서, 정보층의 막두께가 10nm이상 20nm이하인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  3. 제1항에 있어서, 정보층의 막두께가 10nm 이상 70nm이하인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  4. 제1항에 있어서, 정보층위에 다시 오버 코트층을 가지는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  5. 투명기판상에 정보층을 구비한 정보기록매체가 2매, 상기 정보층을 내측으로 하여 접착층을 통하여 일체화되어 있고, 상기 적어도 한쪽의 정보층이 청구항1의 정보층인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  6. 정보층상에 다시 분리층을 통하여 다수의 정보층을 구비하고, 상기 정보층중 기판에 가장 가까운 정보층이 청구항1의 정보층인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  7. 제6항에 있어서, 기판에 가장 가까운 정보층의 막두께가 10nm이상 50nm이하인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  8. 제6항에 있어서, 기판에 가장 가까운 정보층의 광투과율이 40%이상인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  9. 제4항에 있어서, 오버 코트층의 두께가 2∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  10. 제5항에 있어서, 접착층의 두께가 2∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  11. 제6항에 있어서, 분리층의 두께가 파장λ의 광 빔을 개구수NA의 대물렌즈를 통하여 조사할 경우, 서로 인접하는 정보층이 △Z=λ/{2(NA)2}로 정의되는 초점 심도 이상의 막두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  12. 제6항에 있어서, 분리층의 두께가 2∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  13. 제1항에 있어서, M원자가 Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl 및 Pb에서 선택되는 적어도 1개의 금속원소, B, C, As, Se, Sb 및 Bi에서 선택되는 적어도 1개의 반금속원소, Si, Ge 및 Sn에서 선택되는 적어도 1개의 반도체원소중에서 선택되는 적어도 1종의 원자인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  14. 제1항에 있어서, M이 Pd인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  15. 제1항에 있어서, 정보층중의 O원자의 함유비율이 45atom%를 넘어 60atom%이하인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체.
  16. 투명기판상에 적어도 Te, O 및 원소M(다만, M은 금속원소, 반금속원소 또는 반도체원소내의 적어도 어느 1종)을 함유하는 재료박막으로 이루어지는 정보층을 포함하는 광학적 정보기록매체를, 상기 투명기판측으로부터 광 빔을 조사하여 정보신호를 기록·재생하는 방법으로써, 상기 광 빔이 대물렌즈를 통하여 상기 광학적 정보기록매체에 조사될 시, 빔 강도분포가 가우스분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿중심의 1/e가 되는 직경을 스폿직경으로 정의한 경우, 상기 스폿직경이 d가 되고, 기록 비트 길이를 b로 하고, 상기 비트길이(b)의 상기 스폿직경(d)에 대한 비 b/d가 0.7이하가 되는 조건에서 기록·재생을 행하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생방법.
  17. 제16항에 있어서, 광 빔의 강도를, 적어도 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도 조사부를 결정화시키는데 충분한 파워 레벨P1, 광을 무변조로 조사해도 조사부를 결정화시키지 않는 파워 레벨P2 및 P3(다만, P1＞P2≥P3≥0)간에서 변조하고, 기록하려는 몇개의 다른 길이의 마크 중 적어도 가장 짧은 마크보다 긴 마크를 형성할 경우, 한개의 마크를 형성하기 위한 펄스 파형을, 파워 레벨(P1)과 (P3)간에서 변조된 다수의 펄스열로 이루어지는 기록 펄스열로 하고, 마크를 형성하지 않는 부분은 파워 레벨(P2)로 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생방법.
  18. 제16항에 있어서, 파워 레벨(P1)을, 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도, 조사부를 순간 용융시키는 것이 가능한 파워로 하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생방법.
  19. 제16항에 있어서, 기록 펄스열중, 적어도 선두의 펄스와 최후 펄스를 제외한 전체의 펄스가 각각의 폭이 같은 구형펄스이고, 상기 구형 펄스간도 각각의 폭이 같은 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생방법.
  20. 제16항에 있어서, 기록 펄스열의 최후 펄스의 직후에 파워 레벨(P3)의 냉각구간을 설치한 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생방법.
  21. 투명기판상에 적어도 Te, O 및 M원자(단, M은 금속원소, 반금속원소 또는 반도체원소내의 적어도 어느 1종)을 함유하는 정보층을 구비한 광학적 정보기록매체에 상기 투명기판측으로부터 광 빔을 조사하여 정보신호를 적어도 기록하는 기록·재생장치로써, 상기 광 빔이 대물렌즈를 통하여 상기 광학적 정보기록매체에 조사함으로써, 정보신호의 비트예를 적어도 기록할 시, 빔 강도분포가 가우스분포에 근사하고, 빔 강도가 스폿 중심의 1/e가 되는 직경을 스폿 직경으로 정의한 경우, 상기 스폿직경이 d에 대한 상기 비트 길이(b)의 비율 b/d가 0.7이하가 되도록 상기 광 빔의 강도를 변조하는 변조수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생장치.
  22. 제21항에 있어서, 광 빔의 강도를, 적어도 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도 조사부를 결정화시키는데 충분한 파워 레벨P1, 광을 무변조로 조사해도 조사부를 결정화시키지 않는 파워 레벨P2 및 P3(다만, P1＞P2≥P3≥0)간에서 변조하고, 기록하려는 몇개의 다른 길이의 마크 중 적어도 가장 짧은 마크보다 긴 마크를 형성할 경우, 한개의 마크를 형성하기 위한 펄스 파형을, 파워 레벨(P1)과 (P3)간에서 변조된 다수의 펄스열로 이루어지는 기록 펄스열로 하고, 마크를 형성하지 않는 부분은 파워 레벨(P2)로 일정하게 유지하는 상기 광 빔의 강도를 변조하는 변조수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생장치.
  23. 제22항에 있어서, 파워 레벨(P1)을, 광을 변조하면서 조사한 경우에 있어서도 조사부를 순간 용융시키는 것이 가능한 파워로 하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생장치.
  24. 제22항에 있어서, 기록 펄스열중, 적어도 선두의 펄스와 최후 펄스를 제외한 전체의 펄스가 각각의 폭이 같은 구형 펄스이고, 상기 각 구형 펄스간도 각각의 폭이 같은 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생장치.
  25. 제22항에 있어서, 기록 펄스열의 최후의 펄스 직후에 파워 레벨(P3)의 냉각구간을 설치한 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 기록·재생장치.
  26. 투명기판상에, Te, O 및 원소M(단, M은 금속원소, 반금속원소 및 반도체원소중 선택되는 적어도 1종의 원자)를 함유하는 재료박막을 이용하여, 기상박막 퇴적법에 의해, O원자의 함유비율이 40atom%이상 60atom%이하, M원자의 함유비율이 2atom% 이상 25atom%이하, Te원자의 함유비율이 15atom% 이상 58atom% 이하의 정보층을 성막하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 제조방법.
  27. 제26항에 있어서, 정보층의 위에, 다시 에너지선 경화수지를 코팅한 후, 에너지선을 조사하여 경화시켜 오버 코트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 제조방법.
  28. 제26항에 있어서, 투명기판상에 정보층을 구비한 정보기록매체를 2매 준비하고, 상기 정보층을 내측으로 하여 그 사이에 에너지선 경화수지 또는 핫 멜트 수지 접착층을 도포하여 접착 일체화하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 제조방법.
  29. 제26항에 있어서, 정보층 위에, 다시 에너지선 경화수지를 코팅한 후, 에너지선을 조사하여 경화시켜 분리층을 형성하고, 그 위에 다시 제2 정보층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 제조방법.
  30. 제26항에 있어서, 정보층중 O원자의 함유비율이 40atom%이상 60atom% 이하, M원자의 함유비율이 2atom% 이상 25atom%이하인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 제조방법.
  31. 제26항에 있어서, 정보층의 막 두께가 10nm이상 50nm이하인 것을 특징으로 하는 광학적 정보기록매체의 제조방법.
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