JP2008034011A - 光学的情報記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接トラックのクロスイレーズを低減し、極めて細いトラックに信号を記録することができると共に、再生時のマスク効果（クロストーク低減）と相俟って、高密度記録再生が可能な光学的情報記録媒体を提供する。
【解決手段】表面に凹部２０Ａと凸部２０Ｂを設けることによりトラック溝２２が形成された基板２０と、レーザ光Ｌにより情報を記録する記録層２８と、レーザ光の照射強度に応じて光透過率が変化することで光スポット内に光学的なマスク部分が形成されるマスク層３２と、を有してなる光学的情報記録媒体において、前記記録層を前記凹部と凸部の内のいずれか一方のみに対応させて設けるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を照射することにより情報の記録再生を行う光学的情報記録媒体及びその製造方法に関するものである。

一般に、レーザ光によって情報の記録再生を行う光学的情報記録媒体として、光ディスク、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等が知られている。
この光ディスクの光記録方式としては種々知られているが、例えば相変化形の光記録方式は、相変化記録媒体などを用いて、レーザ光の照射により局所的に温度を上昇させ、結晶化した材料を非結晶状態に転移させる等することにより、材料の屈折率等の光学的特性を変化させ、それによるレーザ反射光の光量変化を検出することを基本原理とするものである。記録密度の向上のためには、記録ビット長の短縮化、すなわち情報マークの微小化を図ることが必要となる。

しかし、信号の再生分解能は、ほとんど再生光学系の光ピックアップにおける光源の波長λと対物レンズの開口数ＮＡで決まり、空間周波数２ＮＡ／λが再生限界となる。そこで、記録密度を上げるために光源の波長λを短くすることや、高ＮＡレンズを用いて再生装置の光スポットの径を小さくすることが考えられる。しかし、現在実用レベルにあるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃでは、レーザ光の波長を４０５ｎｍ程度にし、レンズの開口数ＮＡを０．８５とすることで、高密度化を図っているが、光源の波長λや対物レンズの開口数ＮＡによる記録密度の向上の限界に達している。

そこで、光ピックアップの再生分解能に依存する記録密度の限界の問題を解決する再生方法の一例が特許文献１に開示されている。この再生方法は、レーザ光を利用して再生または記録再生する記録層と、照射された光の強度に応じて光透過率が変化する補助層とを積層した光記録媒体において、前記補助層が、照射された光の強度に応じて光透過率が一時的に変化する光透過率変化材であり、それにより実効的な光スポットサイズを小さく絞ることで、再生分解能を向上させようとするものである。

ここで図６を参照して従来の光ディスクの構造を説明する。図６に示すように、この光ディスクＤは、表面に凹部と凸部（図示せず）を有する光透過性の基板２を有している。そして、この基板２の表面（図中ではその下面）にマスク層４を設けている。このマスク層は照射されたレーザ光の強度に応じて光透過率が一時的に変化する光透過率変化材よりなり、これにより実効的な光スポットサイズを小さく絞るようになっている。そして、このマスク層４上に第１誘電体層６、記録層８、第２誘電体層１０及び保護層１２を順次積層して構成されている。上記記録層８は相変化材料により形成されている。

上記のように構成された光ディスクＤでは、再生または記録再生するレーザ光Ｌの光スポットがマスク層４に入射すると、ガウシアン分布を示す光スポットの光強度が強い中心部分ではマスク層４の光透過率が大きくなり、光スポットのうち光強度が弱い周辺部分ではマスク層４の光透過率が小さくなる。その結果、光スポットの径が実質的に小さくなって、記録・再生の分解能が向上することになる。そして、このような光透過率変化材よりなるマスク層４と相変化記録材料よりなる記録層８の組み合わせにより、記録密度の向上を図ろうとする試みがされてきた。

特開平５−２８５３５号公報

しかしながら、高密度化をより効率的に行うためには、先の特許文献１に開示されたような再生時のマスク効果のみでは、必ずしも充分とは言えない。なぜなら、トラック密度をあげた高密度記録においては、熱記録による記録マークのサイズを小さくせずに、隣接トラックのクロスイレーズを低減することは難いからである。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、隣接トラックのクロスイレーズを低減し、極めて細いトラックに信号を記録することができると共に、再生時のマスク効果（クロストーク低減）と相俟って、高密度記録再生が可能な光学的情報記録媒体及びその製造方法を提供するものである。

請求項１に係る発明は、表面に凹部と凸部を設けることによりトラック溝が形成された基板と、レーザ光により情報を記録する記録層と、レーザ光の照射強度に応じて光透過率が変化することで光スポット内に光学的なマスク部分が形成されるマスク層と、を有してなる光学的情報記録媒体において、前記記録層を前記凹部と凸部の内のいずれか一方のみに対応させて設けるように構成したことを特徴とする光学的情報記録媒体である。

請求項２に係る発明は、表面に凹部と凸部を設けることによりトラック溝が形成された基板と、レーザ光により情報を記録する記録層と、レーザ光の照射強度に応じて光透過率が変化することで光スポット内に光学的なマスク部分が形成されるマスク層と、を有してなる光学的情報記録媒体の製造方法において、前記基板側の表面全体に前記記録層用の薄膜を形成する工程と、前記凹部または凸部に対応する前記記録層用の薄膜を選択的に除去することにより前記記録層を形成する工程と、を有することを特徴とする光学的情報記録媒体の製造方法である。

本発明に係る光学的情報記録媒体及びその製造方法によれば、隣接トラックのクロスイレーズを低減し、極めて細いトラックに信号を記録することができると共に、再生時のマスク効果（クロストーク低減）と相俟って、高密度記録再生を行うことができる。

以下に、本発明に係る光学的情報記録媒体及びその製造方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る光学的情報記録媒体の一例を示す部分拡大断面図、図２はマスク層に入射した光の強度分布とマスク層を透過する光の強度分布を示した模式図、図３はマスク層への入射光の強度と透過率の関係を示した図、図４は本発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法の主要部を示す工程図である。

図１に示すように、この光学的情報記録媒体の一例である光ディスクＤ１は、薄板円板状の基板２０を有している。この基板２０の表面（図中の上面）には、凹部２０Ａと凸部２０Ｂとを交互に設けることによりトラック溝２２が形成されている。このトラック溝２２は同心円状、或いは渦巻状に形成されている。
そして、このトラック溝２２が形成されている面上に、反射層２４、第２誘電体層２６、本発明の特徴とする記録層２８、第１誘電体層３０、マスク層３２及び保護層３４が順次形成されており、ここではレーザ光Ｌは保護層３４側から入射され、ここに光スポットＳＰを形成する。

ここで上記記録層２８は、基板２０側の表面全面に形成されるのではなく、上記凹部２０Ａと凸部２０Ｂの内のいずれか一方のみに対応してこれに沿って設けられる。従って、断面図では、上記記録層２８は所定のピッチで分断された状態となっている。図１中では、凹部２０に対応して設けられている。従って、この凹部２０が記録トラックとなり、この幅がトラック幅Ｗとなる。また隣接する記録トラック間の距離がトラックピッチＰとなる。

上記基板２０は、この場合には反対側からレーザ光Ｌを入射させることから光透過性があってもなくてもよく、例えばガラス板やポリカーボネート基板等を用いることができる。尚、基板２０側からレーザ光を入射させる場合には、光透過性の材料を用いる。
上記反射層２４としては、例えばアルミニウム合金等を用いることができる。この反射層２４は真空中でスパッタリングにより積層される。

そして、上記反射層２４上に第２誘電体層２６が例えばスパッタリングにより形成される。この第２誘電体層２６は、例えばＺｎＳ＋ＳｉＯ_２ やＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）等よりなる。
そして、この第２誘電体層２６上であって、上記凹部２０Ａに対応する部分に記録層２８が形成されている。この記録層２８は、レーザ光の照射強度に応じて結晶と非結晶の相転移が可能な、いわゆる相変化記録薄膜である。この記録層２８の形成方法については後述する。

そして、上記記録層２８を覆って上記第２誘電体層２６上に第１誘電体層３０が例えばスパッタにより形成されている。この第１誘電体層３０は、保護膜または多重干渉膜となる透明な膜を用いる。この第１誘電体層３０は、例えばＺｎＳ＋ＳｉＯ_２ やＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）等よりなる。
そして、この第１誘電体層３０上に、１層或いは２層からなるマスク層３２を例えばスパッタにより形成する。更に、このマスク層３２上に、保護層３４を形成する。この保護層３４としては、例えばＵＶ（紫外線）硬化樹脂や熱硬化樹脂等を用いることができる。

この光ディスクＤ１は、図６に示す光ディスクＤと比較すると、積層順序が逆になっており、光学的に再生レーザ光のスポット径をより小さくするために、０．８５程度の高いＮＡの再生対物レンズを用いる場合には、光の透過する保護層３４を薄くする必要があり、このような構成が望ましい。

上記のように構成された光ディスクＤ１では、再生又は記録再生する光スポットＳＰがマスク層３２に入射すると、光スポットＳＰの内、光強度が強い中心部分ではマスク層３２の光透過率が大きくなり、光スポットＳＰの内、光強度が弱い周辺部分ではマスク層３２の光透過率が小さくなる。その結果、光スポットＳＰの内、光強度が強い中心部分は、周辺部分と比較してより強度が大きくなり、光スポットＳＰの内、光強度が弱い周辺部分は、中心部分と比較してより強度が小さくなる。すなわち、光スポットＳＰの径が実質的に小さくなって記録層２８に入射される。

記録層２８は、図２に示すような光強度分布（例えば、ガウス分布）を有する光スポットを利用して再生または記録再生する記録層であり、例えば相変化材料などからなり、記録層２８からの反射光や透過光により光ディスクの情報が読み取られる。マスク層３２は、照射された光の強度により光透過率が一時的に変化する光透過率変化材、例えば環状有機金属錯体、相変化材料、フォトクロミック等により構成され、図３に示すように入射した光の強度が大きいほど光透過率が大きくなるものである。

再生レーザ光の光スポットの照射時、光透過率変化材であるマスク層３２は、図３に示すような光強度と光透過率との光学的特性を持つので、再生・記録に用いられる光スポットＳＰ径は、実質的には縮小することとなる。すなわち，図２に示す光強度分布を有するスポット光Ｘ（光スポット径ｘ）が光透過率変化材であるマスク層３２に入射すると、強度の大きい中央部分では、強度の小さい周辺部分と比較して光透過率が大きいのでより多くの光が通過透過して、強度の小さい周辺部分では、強度の大きい中央部分と比較して光透過率が小さいので光の通過透過がより少なくなり、図２に示すように光スポット径の小さいシャープな光スポットＹ（実質的な光スポット径ｙ）として、記録層２８に入射することとなる。この結果、小さな径ｙの光スポットＹにより高密度な再生が可能となる。

ここで、光スポット径の縮小程度について説明する。説明を容易にするために、入射光の強度と光透過率がほぼ比例した図３の点線のような光透過率特性であるとすると、光スポット径は約３／４に縮小される。実際には、図３の実線のような特性を持つので、光スポット径はさらに縮小し、実質的には約３／５になる。反射光を検出する場合は、光透過率変化であるマスク層３２を２回通過するので、光スポット径はさらに縮小し１／２〜１／３になり、記録密度にすると約４倍〜９倍になる。

マスク層３２は上述したように、照射された光の強度により光透過率が（一時的に）変化する光透過率変化材、例えば環状有機金属錯体、相変化材料、フォトクロミックなどであり、図３に示すように入射した光の強度が大きいほど光透過率が大きくなるものである。この光透過率変化材としては、２つのアルキル基をもつ環状有機金属錯体であるジルコニウムポリフィリン錯体が使用できる。ジルコニウムポリフィリン錯体に、読取り用の光スポット（波長＞４００ｎｍ）を照射すると、アルキル基をもたないジルコニウムポリフィリン錯体が生成し、光スポットの光強度分布に応じて光透過率が大きく一時的に変化する。この結果、上述したように、実質的な光スポットの径が小さくなる。読取り用の光スポットを照射がなくなると、再結合で元に戻る。

さらに、光透過率変化材として相変化材料を使用しても良い。相変化材料としては、例えばＴｅ−Ｇｅ−Ｓｂ、Ｔｅ−Ｓｎ−Ｓｅ、Ｔｅ−Ｇａ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｂなど多くの材料が知られている。相変化材料を通常は結晶状態（加熱または光照射）にしておき、光の透過率の悪い状態にしておく。再生光で溶融状態まで加熱するとアモルファス状態になり、透過率が一時的に上昇変化する。この結果、上述したように、実質的な光スポットの径が小さくなる。読取り用の光スポットを照射がなくなると、相変化材料が冷却され再び結晶状態に戻り。透過率が悪くなる。これらの相変化材料は、スパッタ法や蒸着法で成膜することが可能であり、また反射層２４と連続また同一真空層で成膜が可能であり、生産性が良い。また、光の波長依存性が小さく、紫外から赤外の波長範囲のいずれの光に対しても感度があり、広範囲で変化を起こさせることが可能である。

次に、上記本発明の特徴とする記録層２８の形成方法について図４も参照して説明する。
図４（Ａ）では、基板２０上に、通常の方法により反射層２４、第２誘電体層２６が順次形成されており、最上層には、更にこの表面全体に上記記録層２８となる記録層用の薄膜４０がすでに形成された状態が示されている。

そして、図４（Ａ）に示す状態で、例えばイオンミリング工程を行うことによってイオンビーム４２を飛ばし、凹部２０Ａに対応する部分以外の薄膜４０を削り取ってしまい、これにより、図４（Ｂ）に示すように分断された状態の記録層２８を形成する。このイオンミリング工程では、例えばクリプトンイオン等を用いることができる。このイオンミリング工程は、真空中で連続成膜する薄膜形成工程の途中で行うことができ、他の成膜順序を乱すこともない。尚、イオンミリングに用いるイオンビームの入射方向は、必ずしも膜面に対し垂直であるとは限らない。また、所望の薄膜の除去が可能であれば、リアクティブイオンエッティング等の手段を用いてもよい。このイオンミリング工程の後に、通常の手法で、第１誘電体層３０、マスク層３２及び保護層３４を順次形成して、光ディスクＤ１が完成される。

隣接トラックへのクロスイレーズを低減するためには、記録時のレーザ光による記録熱が周辺に拡散するのを防止することが必要であるが、上述したように、記録層２８をディスク半径方向において狭い幅で分断することにより、熱拡散することを防止することができる。換言すれば、ディスク半径方向において記録層２８は分断されて、ディスク周方向に対して延びて行く極めて狭い幅の記録層２８となっているので、極めて狭い記録トラック内に微小マークが形成され、且つ、隣接トラックへの記録を行っても、記録熱がディスク半径方向の隣りのトラックへ拡散しないので、クロスイレーズにより記録マークの劣化を防ぐことが可能となる。

次に、以上のように構成した本発明に係る光ディスクと従来の光ディスクについて規格化ジッタ（Ｊｉｔｔｅｒ）を検討して評価を行ったので、その評価結果について説明する。図５は本発明の光ディスクと従来の光ディスクの規格化ジッタと再生マーク長との関係を示す図である。

ここではマスク層をもたない従来の光ディスクではトラックピッチを３２０ｎｍに設定し、マスク層をもつ本発明の光ディスクではトラックピッチを従来ディスクの半分の極めて狭い１６０ｎｍに設定し、再生マーク長を変化させながらそれぞれ再生特性を測定した。両ディスク共に、再生トラックの両側に信号を記録した上で再生特性を比較している。従来ディスクでは、再生マーク長が１５０、１００ｎｍの時には、規格化ジッタはそれぞれ５．８、１８．９％であり、それより再生マーク長が短くなると検出不能になっている。

これに対して、本発明では、再生マーク長を１５０〜７０ｎｍまで変化させると規格ジッタは５．７〜８．８％まで変化しており、規格化ジッタが低い状態で上記全ての再生マーク長において再生できることを確認することができた。この結果、本発明ディスクによれば、マスク層３２によるクロストークの低減作用とディスク半径方向においてトラック毎に分離された記録層２８によるクロスイレーズの低減作用との相乗効果が実現し、高い再生性能を示していることがわかる。

上述の如く、本発明によれば、隣接トラックのクロスイレーズを新たな手法で低減し、極めて細いトラックに信号を記録することが可能となり、再生時のマスク効果（クロストーク低減）と相俟って、高密度記録再生が可能な光学的情報記録媒体を提供することができる。
尚、上記実施例では、基板２０の凹部２０Ａに対応させて記録層２８を設けたが、これに代えて、凸部２０Ｂに対応させて記録層を設けるようにしてもよい。
また、ここでの各層の積層構造は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。

更には、本実施例では、保護層３４側からレーザ光を照射する形式の光ディスクについて説明したが、これに限定されず、図６に示す従来ディスクと同様に基板側からレーザ光を照射する形式の光ディスクについても本発明を適用することができる。
また、ここでは光学的情報記録媒体の一例として、光ディスクを例にとって説明したが、他の記録媒体、例えば光情報カード等の光学的情報記録媒体にも本発明を適用できるのは勿論である。

本発明に係る光学的情報記録媒体の一例を示す部分拡大断面図である。 マスク層に入射した光の強度分布とマスク層を透過する光の強度分布を示した模式図である。 マスク層への入射光の強度と透過率の関係を示した図である。 本発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法の主要部を示す工程図である。 本発明の光ディスクと従来の光ディスクの規格化ジッタと再生マーク長との関係を示す図である。 従来の光ディスクの構造を示す構成図である。

符号の説明

２０…基板、２０Ａ…凹部、２０Ｂ…凸部、２２…トラック溝、２４…反射層、２６…第２誘電体層、２８…記録層、３０…第１誘電体層、３２…マスク層、３４…保護層、４０…記録層用の薄膜、Ｄ１…光ディスク（光学的情報記録媒体）、Ｌ…レーザ光。

Claims (2)

1. 表面に凹部と凸部を設けることによりトラック溝が形成された基板と、
   レーザ光により情報を記録する記録層と、
   レーザ光の照射強度に応じて光透過率が変化することで光スポット内に光学的なマスク部分が形成されるマスク層と、を有してなる光学的情報記録媒体において、
   前記記録層を前記凹部と凸部の内のいずれか一方のみに対応させて設けるように構成したことを特徴とする光学的情報記録媒体。
2. 表面に凹部と凸部を設けることによりトラック溝が形成された基板と、
   レーザ光により情報を記録する記録層と、
   レーザ光の照射強度に応じて光透過率が変化することで光スポット内に光学的なマスク部分が形成されるマスク層と、を有してなる光学的情報記録媒体の製造方法において、
   前記基板側の表面全体に前記記録層用の薄膜を形成する工程と、
   前記凹部または凸部に対応する前記記録層用の薄膜を選択的に除去することにより前記記録層を形成する工程と、
   を有することを特徴とする光学的情報記録媒体の製造方法。
   

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