(57)【要約】【課題】  超解像近接場構造を持つ高密度光ディスクおよびその生産方法を提供する。【解決手段】  基板上に多層膜が形成されて光により情報が記録される光ディスクにおいて、超解像近接場構造を持つ少なくとも一つのマスク層と、結晶化性向材料を含む少なくとも一つの相変化記録補助層と、を含む光ディスク。本発明による超解像近接場構造の光ディスクは、データ再生時に発生する再生信号の不安定性および不均一現象を除去して再生信号の品質を向上させ、相変化記録補助層の初期化作業が不要であり、ディスク生産コストを低減させかつ生産性を向上させる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に多層膜が形成されて光により情報が記録される光ディスクにおいて、
超解像近接場構造を持つ少なくとも一つのマスク層と、
結晶化性向材料を含む少なくとも一つの相変化記録補助層とを含む光ディスク。
【請求項２】
前記相変化記録補助層は薄膜形成直後の状態が結晶質であることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【請求項３】
前記結晶化性向材料はＳｂ２Ｔｅ３またはＳｂであることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【請求項４】
前記相変化記録補助層は非結晶質から結晶質に変化することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【請求項５】
前記Ｓｂ２Ｔｅ３またはＳｂは薄膜形成中にターゲットから薄膜側に移動する結晶イオンの運動エネルギーにより結晶質に変わることを特徴とする請求項３に記載の光ディスク。
【請求項６】
前記結晶化性向材料は前記光ディスクの初期化過程を除去することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【請求項７】
前記相変化記録補助層はデータの再記録が可能なことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【請求項８】
前記相変化記録補助層は断面２層光ディスク、両面単層光ディスクまたは両面２層光ディスクに適用可能なことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に形成された金属酸化物マスク層と、
前記金属酸化物マスク層上に形成された相変化記録補助層と、
前記基板、前記金属酸化物マスク層および前記相変化記録補助層間に形成された複数の誘電体層と、を含み、
前記相変化記録補助層は結晶化性向材料であることを特徴とする光ディスク。
【請求項１０】
前記結晶化性向材料はＳｂ２Ｔｅ３またはＳｂであることを特徴とする請求項９に記載の光ディスク。
【請求項１１】
前記相変化記録補助層は結晶化温度以上の温度に加熱されて非結晶質に変化した後、再び結晶質に変化することを特徴とする請求項９に記載の光ディスク。
【請求項１２】
前記Ｓｂ２Ｔｅ３またはＳｂは薄膜形成中にターゲットから薄膜側に移動する結晶イオンの運動エネルギーにより結晶質に変わることを特徴とする請求項１０に記載の光ディスク。
【請求項１３】
前記結晶化性向材料は前記光ディスクの初期化過程を除去することを特徴とする請求項１０に記載の光ディスク。
【請求項１４】
前記相変化記録補助層はデータの再記録が可能なことを特徴とする請求項９に記載の光ディスク。
【請求項１５】
前記相変化記録補助層は断面２層光ディスク、両面単層光ディスクまたは両面２層光ディスクに適用可能なことを特徴とする請求項９に記載の光ディスク。
【請求項１６】
光ディスク生産方法において、
基板上に金属酸化物マスク層を形成する段階と、
前記金属酸化物マスク層上に相変化記録補助層を形成する段階と、
前記基板と前記金属酸化物マスク層間、前記金属酸化物マスク層と前記相変化記録補助層間、および前記相変化記録補助層上にそれぞれ誘電体層を形成する段階とを含み、
前記相変化記録補助層は結晶化性向材料であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記相変化記録補助層は薄膜形成直後の状態が結晶質であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記結晶化性向材料はＳｂ２Ｔｅ３またはＳｂであることを特徴とする請求項１６に記載の光ディスク。
【請求項１９】
前記相変化記録補助層は、結晶化温度以上の温度に加熱されて非結晶質に変化した後、再び結晶質に変化することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記Ｓｂ２Ｔｅ３またはＳｂは薄膜形成中にターゲットから薄膜側に移動する結晶イオンの運動エネルギーにより結晶質に変わることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ディスクに係り、より詳細にはディスク内部に超解像近接場構造を導入することによってレーザービームの分解能以下の大きさのマークを記録／再生できる超解像近接場構造を持つ光ディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは、既存の磁気記録媒体と比較して記録単位当り必要な記録面積が非常に小さいために高密度記録媒体として多く使われている。このような光ディスクはその機能によって、記録されている情報を再生のみする再生専用型（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＯＭ）と１回に限って記録が可能な追記型（Ｗｒｉｔｅ  Ｏｎｃｅ  Ｒｅａｄ  Ｍａｎｙ：ＷＯＲＭ）および記録後消去および再記録が可能な書換型（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ：ＲＷ）に区分される。
【０００３】
追記型光ディスクの一例として、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）がある。ＣＤ−Ｒは７８０ｎｍの記録レーザーをシアニン、フタロシアニンなどの有機色素よりなる記録層に照射して色素層の分解、基板および反射膜の変形などを誘発させ、１ｍＷ以下の低いパワーで記録された信号を読取る光記録媒体であって、６５０ＭＢ程度の記録容量でデータ、音楽、画像など多様な形態のデータを記録／再生する用途で広く使われている。
【０００４】
しかし、ＣＤ−ＲまたはＣＤ−ＲＷのように７８０ｎｍの記録波長を利用する光記録媒体は、その容量が動画像を保存するには足りないだけでなく益々複雑になるマルチメディア環境で使用するには短所が多い。
【０００５】
このような問題点を克服するために開発されたものが、６３０〜６８０ｎｍの短波長レーザーを使用して単面２．７ないし４．７ＧＢの容量を実現したＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）であり、ＤＶＤも再生専用（ＤＶＤ）、追記型（ＤＶＤ−Ｒ）および書換型（ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ）に分類される。ＤＶＤ−Ｒは記録レーザーを記録層に照射することによって記録層の変形および分解を誘発して、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷは相変化による光学的特性の変化を誘発してデータを記録する。特に、有機色素を使用したＤＶＤ−ＲはＤＶＤ−ＲＯＭとの互換性、コストおよび容量面で他の媒体に比べて相対的に有利な位置にあるために関心が集中している。
【０００６】
このように最近登場している多数の記録型メディア（追記型および再記録型）において最も大きい問題は容量であり、この容量の増大のための色々な方法が試みられつつある。光ディスクの容量は所定面積内に正確に再生可能な小さな形態のピットをいかほど多く取り入れ、かつそのピットを正確に再生できるかというレーザービームの特性に優先的に依存する。
【０００７】
レーザーダイオードから発生する光は、ピックアップの対物レンズを通じて集束しても回折影響のために無限に小さな一点には集められずに有限幅を持つビームに形成され、これを回折限界という。一般的な光ディスクの場合には光源の波長がλであり、対物レンズの開口数がＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）である時、λ／４ＮＡが再生分解能の限界となる。したがって、光源の波長が短くなるか、対物レンズの開口数が大きくなるほど記録容量が増大する。
【０００８】
しかし、現在のレーザー技術では波長が短いレーザーを提供するのに限界があり、開口数の大きい対物レンズを製造するには高コストがかかるという限界点があり、また対物レンズの開口数が大きくなるほどピックアップとディスク間の距離が非常に短くなるために、ピックアップとディスクとの衝突によりディスク表面が損傷することによってデータが損失される恐れが大きくなる。
【０００９】
最近、このような再生分解能の限界を克服するために超解像近接場構造（Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：Ｓｕｐｅｒ−ＲＥＮＳ）の光ディスクが研究されつつある。
【００１０】
その中でも散乱型構造に対する研究が活発に進行しつつある。図１は、従来の超解像近接場構造の光ディスク１０の概略的な構造を示す図である。図１に示したように従来の超解像近接場構造の光ディスク１０にはＡｇＯｘまたはＰｔＯｘのような金属酸化物マスク層１３が主に使われる。
【００１１】
最近、超解像近接場構造の光ディスク断面の透過電子顕微鏡分析を通じて、記録時にマスク層である金属酸化物層の分解が起きることによって薄膜の変形が起きて記録マークが形成され、再生時には記録時に発生した金属粒子からプラズモンが発生して分解能より小さなマークが再生可能になったことが明らかになった（Ｋｉｋｕｋａｗａ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８１（２５），ｐｐ４６９７〜４６９９）。
【００１２】
一方、従来の超解像近接場構造の光ディスク１０に使われた相変化記録補助層１５はＧｅ−Ｓｂ−ＴｅまたはＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系合金であって、薄膜形成直後には非晶質状態となる。この時、相変化記録補助層が非晶質状態である場合には、大部分の場合に反射率が低くてフォーカシングまたはトラッキングなどのサーボが難しくなる。もし、多層膜厚さ調節を通じて非晶質状態である時の反射率を高めることによりサーボを可能にすれば、結晶質状態である時の反射率があまり高くなって記録時に入射されるビームの反射量が多くなり、記録感度側面で非常に不利になる。したがって、Ｇｅ−Ｓｂ−ＴｅまたはＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅなどのように薄膜形成直後の状態が非晶質の相変化記録補助層を使用する場合には、最初の非晶質状態を結晶質にする初期化過程が必ず必要である。
【００１３】
初期化過程は光ディスク生産工程のうち最も長時間がかかる工程であってディスクのコストアップおよび生産性低下の要素となる。また、初期化過程が不十分になされる場合には記録前の信号状態が不均一または不安定になる。
【００１４】
このような初期化過程を経た後、記録を行う場合には金属酸化物マスク層１３の分解が起きてマークが形成されると同時に相変化記録補助層１５は溶融後に急冷されて非晶質になるが、超解像効果を得るために高いパワーの再生ビームを入射する場合、再び結晶質に変わる。
【００１５】
この時にも相変化記録補助層１５の結晶化過程が不十分になされる場合には信号が不均一または不安定になりうる。図２Ａ及び図２Ｂは、相変化記録補助層１５の結晶化過程が不十分になされた場合のデータ記録なしに再生したＲＦ信号の劣化を示す図である。
【００１６】
より詳細に説明すれば、図２Ａは記録なしに２ｍＷでディスク初期化後に再生したＲＦ信号を示し、図２Ｂは記録なしに２ｍＷでディスク初期化後に３ｍＷで再生したＲＦ信号が劣化する現象を示す図である。これは、結局結晶化速度が遅くて相変化記録補助層１５の初期化が完全に進まれていないという事実を裏付ける。
【００１７】
同様に、記録後に再生時にも最上のＣ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ）値を得るための高い再生パワー適用時、相変化記録補助層１５の完了していない結晶化によるＲＦ信号の経時的な劣化現象発生および、それによるＣ／Ｎ特性およびジッタ特性を悪化させる結果を招く。
【００１８】
図３Ａ及び図３Ｂは、相変化記録補助層１５の結晶化過程が不十分になされた場合のデータ記録後に再生したＲＦ信号の劣化を示す図である。図３Ａはデータ記録直後に２．５ｍＷで再生したＲＦ信号を示し、図３Ｂはデータ記録後に所定時間経過後、２．５ｍＷで１０分間再生したＲＦ信号を示す。
【００１９】
図４Ａ及び図４Ｂは、再生時間経過によるノイズ増加によりＣ／Ｎが減少することを示す図である。図４Ａではノイズレベルが−５９．３ｄＢであったが、再生時間経過後、図４Ｂに示したようにキャリアレベルは同一であるが、ノイズレベルが−５６．３ｄＢに増加した。したがって、キャリアレベルからノイズレベルを減算して得られるＣ／Ｎは減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、データ記録後に再生時に不十分な結晶化により発生する再生信号の不安定性および不均一現象が除去されることによってさらに高品質の信号再生が可能であり、光ディスク生産費用の減少および生産性向上を図れる超解像近接場構造の光ディスクを提供するところにある。
【００２１】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、超解像近接場構造を持つ光ディスクの生産方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記目的を達成するための本発明による超解像近接場構造の光ディスクは、基板上に多層膜が形成されて光により情報が記録される光ディスクにおいて、超解像近接場構造を持つ少なくとも一つのマスク層と、結晶化性向材料を含む少なくとも一つの相変化記録補助層とを含む。
【００２３】
本発明の一実施例によれば、前記相変化記録補助層は薄膜形成直後の状態が結晶質であることが望ましい。
【００２４】
本発明の他の実施例によれば、前記結晶化性向材料はＳｂ２Ｔｅ３またはＳｂであることが望ましい。
【００２５】
前記他の目的を達成するための本発明による光ディスクの生産方法は、基板上に金属酸化物マスク層を形成する段階と、前記金属酸化物マスク層上に相変化記録補助層を形成する段階と、前記基板と前記金属酸化物マスク層間、前記金属酸化物マスク層と前記相変化記録補助層間、および前記相変化記録補助層上にそれぞれ誘電体層を形成する段階とを含み、前記相変化記録補助層は結晶化性向材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による超解像近接場構造の光ディスクは次のような効果を提供する。第１に、相変化記録補助層の不完全な結晶化によりデータ再生時に発生する再生信号の不安定性および不均一現象を除去して再生信号の品質を向上させうる。第２に、データ再生時に相変化記録補助層の相変化によるＣＮ応答速度減少を最小化させることによってデータ転送率を高めうる。第３に、相変化記録補助層の形成直後の状態が結晶質であるため、相変化記録補助層の初期化作業が不要であり、ディスク生産コストを低減させかつ生産性を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例をより詳細に説明する。
【００２８】
本発明の望ましい実施例による超解像近接場構造の光ディスクは薄膜形成直後の状態が結晶質である相変化記録補助層を使用する。
【００２９】
図５は、本発明の望ましい実施例による超解像近接場構造の光ディスク３０を示す図である。超解像近接場構造の光ディスク３０は基板３１上に金属酸化物マスク層３３および相変化記録補助層３５が順次形成されており、基板３１、金属酸化物マスク層３３および相変化記録補助層３５間には誘電体層３２、３４、３６が形成されている。
【００３０】
基板３１は記録レーザーの波長で高い透明度を持ち、優秀な耐衝撃性、耐熱性、耐環境性などを持つ材料よりなり、その材料は射出成形など通常の基板製造方法により成形が可能な材料から選択される。具体的に例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、エポキシ、ポリエステル、非晶質ポリオレフィンなどがある。
【００３１】
金属酸化物マスク層３３は従来のようにＡｇＯｘまたはＰｔＯｘのような金属酸化物マスク層であるか、または他の金属酸化物を利用して形成されたマスク層であってもよい。
【００３２】
相変化記録補助層３５は結晶化性向の材料を利用して形成する。結晶化性向の材料とは、材料の温度が結晶化温度より高まって非晶質に変わった後に再び結晶質に相が変化する速度が速い材料をいう。
【００３３】
このような結晶化性向の材料としては、Ｓｂ２Ｔｅ３またはＳｂなどがある。Ｓｂ２Ｔｅ３またはＳｂなどを利用して相変化記録補助層３５を形成した直後の相変化記録補助層３５の状態は結晶質である。Ｓｂ２Ｔｅ３やＳｂは結晶化温度が非常に低いため、薄膜形成のためのスパッタ工程途中でターゲットから薄膜側に速く移動するイオンの運動エネルギーによって速く結晶化が可能になって成膜直後の状態が結晶質になる。特に、Ｓｂ（アンチモン）の含有量が高いほど結晶化速度は速くなる。したがって、Ｓｂ２Ｔｅ３やＳｂのような材料を相変化記録補助層３５の材料として利用することによって別途の初期化工程が不要になる。
【００３４】
また、データ記録後に再生のために再生ビームが入射されれば、従来の非晶質材料を利用した相変化記録補助層の場合より速くかつ完全に非晶質状態から結晶質状態への相変化が起きる。したがって、従来技術の問題点である非晶質状態から結晶質状態に遅くかつ不完全な相転移およびそれによって発生する再生時のＲＦ信号の高い変動幅を最小化することによって均一かつ安定した再生信号を得られる。
【００３５】
一方、相変化記録補助層３５に使われる結晶化性向材料としてはＳｂ２Ｔｅ３またはＳｂに限定されずに結晶化速度が速い多様な他の材料が使われうる。
【００３６】
従来の超解像近接場構造記録層は初期製作された状態が非晶質であって反射度が低くてトラッキングなどのサーボ不良による初期化作業が要求され、この時、結晶化のための光ディスクの初期化作業時に相変化記録補助層の遅い結晶化速度のため、光ディスクの線速度が速い状態では結晶質状態への転換が十分に完了されず、再生されたＲＦ信号の揺らぎが大きい現象が発生し、線速度を低めて初期化を進行する場合にＲＦ信号が顕著に安定化する。
【００３７】
図６Ａ及び図６Ｂは、相異なる線速度でそれぞれ初期化された超解像近接場構造の光ディスクで再生されたＲＦ信号を示す図である。図６Ａは線速度６ｍ／ｓで初期化された光ディスクで再生されたＲＦ信号を示し、図６Ｂは線速度３ｍ／ｓで初期化された光ディスクで再生されたＲＦ信号を示す。線速度３ｍ／ｓで初期化された光ディスクで再生されたＲＦ信号がさらに安定していることが分かる。
【００３８】
前記問題はデータ記録後の再生時にも同じ問題を引き起こす。データ記録後に相変化記録補助層は非晶質状態への相転移が起き、再生時に超解像近接場構造の光ディスクの特性上比較的高い再生レーザーパワーを適用するが、この時に再び結晶質への相転移が起きつつ信号の不安定性を高める原因となる。
【００３９】
図７Ａ及び図７Ｂは、結晶化速度が異なる２種の記録補助層を持つ超解像近接場構造の光ディスクのＣ／Ｎ品質特性をスペクトル分析器を利用して示した図である。より詳細に説明すれば、図７ＡにはＳｂの含有量が６０％である相変化記録補助層を使用したディスクの場合のＣ／Ｎ特性が示されており、図７ＢにはＳｂの含有量が７３％である相変化記録補助層を使用したディスクのＣ／Ｎ特性が図示されている。
【００４０】
Ｓｂ含有量が高いほど同じ線速度で結晶化速度が速いため、Ｓｂの含有量が７３％である相変化記録補助層を使用したディスクの場合のＣ／Ｎ特性が、Ｓｂの含有量が６０％である相変化記録補助層のディスクのＣ／Ｎ特性に比べて良好である。
【００４１】
したがって、図７Ａおよび図７Ｂを対比すれば、図７Ｂに示されたＳｂの含有量が７３％である相変化記録補助層を使用したディスクのＣ／Ｎ特性グラフが図７Ａに示されたグラフよりさらに急激に変わることが分かる。これは、Ｓｂの含有量が高いほど相変化記録補助層の反応速度がさらに速くてデータ転送率をさらに高めうるということを意味する。
【００４２】
一方、本発明に使われる相変化記録補助層３５は再記録可能なディスクはもとより一回記録用ディスク、再生専用ディスクにも使用でき、単面２層、両面単層、両面２層ディスクにいずれも適用可能である。さらに、相変化記録補助層３５はブルーレイディスクまたはＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃ）のような他の類型の光ディスクにも使用できる。また、本発明による超解像近接場構造の光ディスク３０には金属酸化物マスク層３３または相変化記録補助層３５を複数個形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
大容量のデータの保存が可能な高密度光ディスクの製造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術による超解像近接場構造の光ディスクの概略図である。
【図２Ａ】相変化記録補助層の結晶化過程が不十分に行われた場合のデータ記録なしに再生したＲＦ信号の劣化を示す図である。
【図２Ｂ】相変化記録補助層の結晶化過程が不十分に行われた場合のデータ記録なしに再生したＲＦ信号の劣化を示す図である。
【図３Ａ】相変化記録補助層の結晶化過程が不十分に行われた場合のデータ記録後に再生したＲＦ信号の劣化を示す図である。
【図３Ｂ】相変化記録補助層の結晶化過程が不十分に行われた場合のデータ記録後に再生したＲＦ信号の劣化を示す図である。
【図４Ａ】再生時間の経過によるノイズ増加によってＣ／Ｎが減少することを示す図である。
【図４Ｂ】再生時間の経過によるノイズ増加によってＣ／Ｎが減少することを示す図である。
【図５】本発明による超解像近接場構造の光ディスクの概略図である。
【図６Ａ】相異なる線速度で初期化された超解像近接場構造の光ディスクで再生されたＲＦ信号を示す図である。
【図６Ｂ】相異なる線速度で初期化された超解像近接場構造の光ディスクで再生されたＲＦ信号を示す図である。
【図７Ａ】相異なる記録補助層を持つ二つの超解像近接場構造の光ディスクのＣ／Ｎ特性を示す図である。
【図７Ｂ】相異なる記録補助層を持つ二つの超解像近接場構造の光ディスクのＣ／Ｎ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
３０  超解像近接場構造の光ディスク
３１  基板
３２、３４、３６  誘電体層
３３  金属酸化物マスク層
３５  相変化記録補助層
４０  レンズ
【図１】
2005018974.tif 000003
【図２Ａ】
2005018974.tif 000004
【図２Ｂ】
2005018974.tif 000005
【図３Ａ】
2005018974.tif 000006
【図３Ｂ】
2005018974.tif 000007
【図４Ａ】
2005018974.tif 000008
【図４Ｂ】
2005018974.tif 000009
【図５】
2005018974.tif 000010
【図６Ａ】
2005018974.tif 000011
【図６Ｂ】
2005018974.tif 000012
【図７Ａ】
2005018974.tif 000013
【図７Ｂ】
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