(57)【要約】【課題】  光ディスクにおけるＲＯＭディスクを作製するには、熱で記録する方法が提案されているが、記録パワーマージンが低いため、微小マークの記録精度に限界があった。【解決手段】  記録膜に相変化膜を用い、溶融記録をすることにより、再結晶化現象を利用して微小マークを構高精度に記録する。この場合、最短記録マークの形状は従来の方法と異なり、トラック方向よりもディスク半径方向に長いマークが記録される。記録後は、反応性イオンエッチングによる結晶部分とアモルファス部分のエッチングレートの差を利用し、相変化マークを凹凸パターンに変えて原盤を作製する。【効果】  記録パワーマージンが増大し、データ再生信号のジッタの低減を図ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクの基板上に作製した凹凸を記録データとして情報を記録し、該凹凸を光を照射することによって読み取る光ディスクにおいて、該凹凸マークの光スポット走査方向の長さをｘ、該ｘに垂直なディスク半径方向の長さをｙとし、該ディスク上に存在する全てのマーク長さのうち、ｘ、ｙの最小値を夫々ｘｍｉｎ、ｙｍｉｎと記した場合、ｘｍｉｎ＜ｙｍｉｎが成り立つマークを有することを特徴とする光ディスク基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ディスク技術に関し、特に光ディスク基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、その用途によって、大きく、再生専用（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ；  ＲＯＭ）、追記型（Ｗｒｉｔｅ  Ｏｎｃｅ  Ｒｅａｄ  Ｍａｎｙ；  ＷＯＲＭ）、書き換え可能型（Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ又はＲａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；  ＲＡＭ）に分けられる。このうち、ＲＯＭは基板に記録データに対応するピットが作製されており、そのピットに集光したレーザ光を照射し、その反射光量を検出することによって、データを読み取る。ＷＯＲＭとＲＡＭは、その基板にトラックに対応する溝（グルーブ溝）が作製されており、ユーザデータはその溝に沿って記録される。ＷＯＲＭとＲＡＭには溝の他に、そのディスクの種類の情報やアドレス情報を示すピットが作製されており、光ディスクドライブはそのピット情報を読み取ることによって、そのディスクの種類や特性等の情報を認識する。
【０００３】
上記のようなピットや溝を有するディスク基板は、大まかには次のようなプロセスで作製される；１．ガラス基板に感光性レジストを塗布する、２．その基板を回転させ、その基板に対物レンズで集光したレーザ光を入射し、レジストを感光させる、３．基板を現像し、感光パターンを凹凸パターンにする、４．Ｎｉなどの金属をメッキし、それを原盤として融解したポリカーボネートを流し込み、固化させて基板を作製する。レーザ光によって露光することをカッティング、その装置をカッティング装置と呼ぶ。また、原盤を作製する一連のプロセスをマスタリングと呼ぶ。
【０００４】
上記２において、溝を作製する場合には入射するレーザ光をＤＣ光とし、ピットを作製する場合には適切な条件のパルス光とする。その条件は、レジストの感光性等を考慮して最適化する。
【０００５】
高密度光ディスクを作製するには、小さなピットや狭いトラック溝を高精度で作製する必要がある。そのためには、入射光のスポットサイズを小さくする必要がある。集光した場合の光スポットの直径は、その波長をλ、対物レンズの開口数をＮＡと書くと、λ／ＮＡに比例する。次世代光ディスクのために現在提案されている仕様では、トラックピッチが最短マーク長が０．１５〜０．２μｍ、トラックピッチが０．３〜０．３５μｍ程度で、直径１２０ｍｍのディスクで２０〜３０ＧＢの容量を有する。このサイズのピットを作製する為に、カッティング装置の波長を２５０〜２７０ｎｍ、ＮＡを０．９程度にしている。
【０００６】
一方、書き換え可能媒体としては相変化記録が用いられている。相変化記録は、初期状態が結晶状態の記録膜に、入射したレーザ光を吸収して発生する熱によって記録膜の一部が融解し、その後、急激に冷却する過程でアモルファスになる現象を用いてマークを記録する方法である。この方法は、例えばＣＤ−ＲＷやＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷにおいて用いられており、記録は再生と同様、ドライブで行う。次世代光ディスクドライブでは、波長４００〜４１０ｎｍの青紫色レーザと、ＮＡ０．６５〜０．８５の対物レンズを用いることが検討されている。
【０００７】
通常の相変化記録では、熱を与えた後の冷却過程において、マーク周辺部はマーク中心部に比べてゆっくりと冷却するため、アモルファスにならずに結晶化する。これを再結晶化と呼ぶ。この再結晶化のために、マークは融解した領域よりも小さくなり、微小マークを記録することができる。その再結晶化が起こる程度は、記録膜の結晶化速度と熱の冷却速度で決定される。即ち、同じ冷却速度を有する媒体に、同じ大きさの領域に同じ速度で同じ量の熱を与えた場合、結晶化速度が速い記録膜ではより大きな領域で再結晶化が起こる。結晶化速度は、記録膜の化学組成によって決まる。例えばＣＤ−ＲＷやＤＶＤ−ＲＷに多く用いられる記録膜はＡｇＩｎＳｂＴｅでＳｂの量が最も多く、結晶化速度は比較的速い。ＤＶＤ−ＲＡＭに典型的に用いられる記録膜はＧｅＴｅとＳｂ２Ｔｅ３の合金であり、結晶化速度は比較的遅い。また同じＧｅＳｂＴｅでも、Ｓｂの量が多いと結晶化速度が速くなる。このことは、例えばＴｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ２００１  ｐｐ．３７〜３９に報告されている。
【０００８】
次世代光ディスク用の記録を行う為に必要なスポットサイズは、相変化記録に対しては約５００ｎｍであるのに対し、カッティングでは約３００ｎｍである。即ち同じサイズの光スポットを用いれば、相変化記録の方が小さなマークを記録することができ、記録データの大容量・高密度化が可能であることがわかる。この違いは、両者の記録メカニズムの違いに起因していると考えられる。
【０００９】
カッティングは、上記のように感光性レジストを露光することによってレジスト内に光化学反応を誘発してパターンを記録するフォトンモード記録であるのに対し、相変化記録は熱によって材料の物性を変化させる熱モード記録を用いる。
【００１０】
フォトンモード記録では、照射されるフォトンの総数によって反応性が決まる。即ち、照射したフォトンの積算が重要となる。通常最小マークサイズは、記録するスポットサイズよりも小さい。このような最小マーク列を記録する場合を考える。そのマークの一つをマークＡと名付ける。マークＡの前後左右にマークを記録する際に、マークＡの領域に光スポットの一部が照射される為、マークＡを記録する為に照射した光量よりも多くの光量に露光され、マークＡのサイズは大きくなる。その露光総量は前後左右のマークパターンに依存し、そのパターンはランダムであるため、マークサイズはランダムに変動する。このことはデータ再生時のジッタ向上、即ちデータエラー率向上の原因となる。
【００１１】
このことに注目し、相変化記録を用いたＲＯＭ作製技術が、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ２００３  ｐｐ．５２〜５５に提案されている。この方法では、結晶−アモルファスの相転移を示す遷移金属酸化物をレジストとして用い、レーザ光を入射することによって発生する熱でアモルファス膜内に結晶マークを作製し、結晶・アモルファスの一方を融解する現像液で現像することにより、パターンを作製する。この方法により、波長４００ｎｍ、ＮＡ０．８５の光学系で、直径１２０ｍｍのディスク内に約２５ＧＢの記録容量のマークを高精度で作製することに成功している。
【００１２】
【非特許文献１】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ２００１  ｐｐ．３７〜３９
【００１３】
【非特許文献２】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ２００３  ｐｐ．５２〜５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のように、熱モード記録はフォトンモード記録に比べて記録データの大容量化を図ることができるが、上記のような一般的な熱モード記録（単純熱モード記録）は、通常の相変化記録に比べると、大容量化が困難である。その理由は、通常の相変化記録では再結晶化が存在するため、その分マークが融解領域よりも小さなサイズとなり、微小マークの記録が可能であるからである。結晶化速度が極端に遅い相変化膜、結晶化速度が比較的遅い相変化膜、結晶化速度が比較的速い相変化膜の３つに対して、記録パワーとマーク長の関係を調べた結果を図２に示す。横軸は、記録パワーと最適記録パワーの比、縦軸はマーク長の最適値との差を現している。この結果より、結晶化速度が速い膜において、記録パワーの変動に対するマーク長の変動が最も少ない、即ち記録パワーマージンが最も大きいことがわかる。この理由は以下のように考えられる。単純熱モード記録では、記録レーザパワーが変動すると、それに伴って反応領域が変化し、それに比例してマークサイズが変動する。相変化記録では、レーザパワーの変動によって融解領域の大きさが変動するが、それに伴って再結晶化領域も変動するため、両者が補正して、最終的に作製されるマークのサイズの変動が少なくなる。結晶化速度が大きいと、そのパワー変動と再結晶化領域の変動が連動しやすい為、より補正効果が大きいと解釈できる。
【００１５】
従来技術において述べた相変化を用いたマスタリングの例では、アモルファスから結晶への変化を用いており、融解を経ていないため、再結晶化が存在しない。また、特殊な材料を用いているため、結晶化速度の制御をすることができない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では、再結晶化によって微小マーク記録を可能とするために、結晶を融解してアモルファス化することによってマークを記録する方法を用いる。このことにより、図２のように記録パワーマージンが増大し、データ再生信号のジッタの低減を図ることができる。
【００１７】
記録されるマークの形状の結晶化速度依存性を図１に示す。図中、（ａ）（ｂ）（ｃ）は夫々、結晶化速度が速い場合、遅い場合、結晶化がない場合を示している。図の（ａ）のような記録膜はＤＶＤ−ＲＷ、（ｂ）はＤＶＤ−ＲＡＭに用いられている記録膜である。（ｃ）は単純熱モード記録或いはフォトンモード記録の場合である。微小マークを円形な光スポットで記録する場合、単純熱モード記録或いはフォトンモード記録で記録されるマークは、円形か或いはスポット走査方向に長くなるため、ｘｍｉｎ≧ｙｍｉｎとなる。これに対し、再結晶化が存在する系では、スポットが通過した後、その通過したスポットからの熱によってマークの後方において再結晶化が起こり、図（ａ）（ｂ）のようなマークが形成されるため、ｘｍｉｎ＜ｙｍｉｎとなる。このメカニズムについては、例えばＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  第４１巻６３１〜６３５頁に詳細に説明されている。ｘｍｉｎ＜ｙｍｉｎを満たすマークを記録するメカニズムは、記録膜やレジストに異方性がない限りは、この文献に説明されている方法でのみ可能であり、フォトンモード記録や単純熱モード記録では不可能である。
【００１８】
ＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴｅの膜は、結晶、アモルファスで物理化学的な性質が異なる。そのため、例えば反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；  ＲＩＥ）に対する単位時間当たりのエッチング量（エッチングレート）が、結晶とアモルファスで異なる。例えば、ＡｒにＣＨＦ３を混合したガスを用い、パワー１００ＷでＧｅ５Ｓｂ７０Ｔｅ２５薄膜をエッチングしたところ、その単位時間辺りのエッチングレートは、アモルファスでは５ｎｍ／分、結晶では１０ｎｍ／分であった。因みにＳｉＯ２では４０ｎｍ／分であった。このことにより、上記の方法で記録した相変化マークを凹凸ピットとすることができ、ｘｍｉｎ＜ｙｍｉｎを満たすＲＯＭピットが作製される。
【００１９】
ＲＯＭピットは、その深さを制御する必要がある。例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭでは波長をλ、基板の屈折率をｎとするとλ／４ｎとしている。即ち、ＣＤ−ＲＯＭでは約１３０ｎｍ、ＤＶＤ−ＲＯＭでは約１００ｎｍである。記録膜をその程度に厚くすると、媒体内に生じた熱の拡散が抑制され、再結晶化が過度に起こる。それを防ぐために、記録膜の下部にＲＩＥのエッチングレートが比較的大きな材料を設け、ＲＩＥで残ったアモルファス部分をマスクとして、所望の深さの凹凸パターンを作製することができる。
【発明の効果】
【００２０】
記録パワーマージンが増大し、データ再生信号のジッタの低減を図ることができる。
【実施例１】
【００２１】
ここでは、Ｇｅ５Ｓｂ７０Ｔｅ２５を記録膜とした場合について述べる。Ｇｅ５Ｓｂ７０Ｔｅ２５は結晶化速度が速く、その最短マークの形状は図１（ａ）のようになる。
【００２２】
媒体構造を図３に示す。媒体は、ガラス基板３０１の上にＡｇ合金  ３０２を２００ｎｍ、ＳｉＯ２３０３を６０ｎｍ、Ｇｅ５Ｓｂ７０Ｔｅ２５３０４を２０ｎｍ、ＳｉＯ２３０５を２０ｎｍスパッタで製膜して作製した。マーク記録のためのレーザ光は、図の上方から入射する。その光の波長は４００ｎｍ、対物レンズの開口数ＮＡは０．８５である。
【００２３】
データ記録の変調コードは、１−７変調を用いた。その場合、ウィンドウ幅をＴｗとすると、最短マークが２Ｔｗ、最長マークが８Ｔｗとなる。記録のために用いたレーザの出射パワーのパターン波形を図４に示す。この波形は、図のように０．５Ｔｗを単位とした記録パワーＰｗ、ボトムパワーＰｂ、消去パワーＰｅの３つのパワーレベルから成る。２Ｔｗマークを１つのパルス、８Ｔｗマークを７つのパルスというように、ｎＴｗマークをｎ−１個のパルスで記録する。この記録レーザ波形は、通常の書換え型相変化記録に用いられるものと同様であり、このような波形を用いることにより、再結晶化が誘発され、図１（ａ）に示したような形状のマークを記録することができる。
【００２４】
ここでは、２Ｔｗマークの長さを０．１５μｍ、トラックピッチを０．３２μｍとした。このことにより、直径１２０ｍｍのディスクに約２５ＧＢのデータを記録することができる。記録パワーは、Ｐｗ／Ｐｅ／Ｐｂが夫々媒体上で５ｍＷ／２．５ｍＷ／０．３ｍＷとなるように設定した。スポット走査速度は５ｍ／ｓとした。
【００２５】
プロセスの過程を図５に示す。（ａ）は図４で示した媒体の記録膜を相変化媒体初期化機で結晶化したものである。この媒体にレーザ光を照射し、（ｂ）のように結晶である記録膜５０４にアモルファスマーク５０６を記録した。その後、（ｂ）の試料をＡｒとＣＨＦ３の混合ガスを用いたＲＩＥで２１９秒エッチングすることにより、（ｃ）のように５０ｎｍの深さのピットを作製することができた。５０ｎｍとなったのは、以下の理由による。解決手段において述べたように、この膜のＲＩＥのエッチングレートは、アモルファスで５ｎｍ／分、結晶で１０ｎｍ／分、ＳｉＯ２で４０ｎｍ／分であった。このことより、初めの３０秒でＳｉＯ２  ５０５が全てエッチングされる。次に相変化膜がエッチングされるが、結晶が１２０秒で全てエッチングされ、その時点でアモルファス部分５０６が１０ｎｍ残る。この時点で残ったアモルファスがマスクの役割を担い、ＳｉＯ２が高エッチングレートでエッチングされる。６９秒エッチングすると、ＳｉＯ２が約４６ｎｍエッチングされ、アモルファスが約６ｎｍエッチングされ、４ｎｍ残る。よって合計でピット深さは約５０ｎｍとなる。
図５（ｃ）を原盤として作製したＲＯＭ基板に、Ａｇ合金を５０ｎｍスパッタし、０．１ｍｍの厚さのポリカーボネートシートを貼り付けた。このディスクを、波長４００ｎｍ、対物レンズのＮＡ０．８５の光ディスク評価機で、線速４．９２ｍ／ｓでデータのジッタを測定したところ、４．５％であった。
【実施例２】
【００２６】
実施例１と同じ材料及びプロセスを用いて、更に微小なマークを作製した。ただしここでは、記録レーザ波長を２６６ｎｍ、対物レンズのＮＡを０．９とした。また、２Ｔｗマークの長さを０．１１μｍ、トラックピッチを０．２４μｍとして記録した。記録レーザ波形は図５と同じものを用いたが、記録パワーＰｗ／Ｐｅ／Ｐｂは、媒体上で１ｍＷ／０．５ｍＷ／０．０５ｍＷとなるように設定した。作製したＲＯＭピットの長さを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した。ピット２００個の長さを測定して、その標準偏差を算出したところ、標準偏差は５．２ｎｍであった。これはウィンドウ幅の約９．５％に相当する。
【実施例３】
【００２７】
ここでは、実施例１で述べた媒体の記録膜にＡｇ２Ｉｎ８Ｓｂ７０Ｔｅ２０を用いた例について述べる。この記録膜は、実施例１、２のそれと同様に結晶化速度が速く、そのマーク形状は図１（ａ）のようになる。媒体の膜厚、記録条件は実施例１のそれと同じにした。
【００２８】
Ａｇ２Ｉｎ８Ｓｂ７０Ｔｅ２０のＲＩＥによるエッチングレートは、実施例１のＲＩＥと同じ条件下では、結晶が１２ｎｍ／分、アモルファスが５．５ｎｍ／分であった。図５（ｂ）の状態の試料を２０１秒間エッチングすることにより、５０ｎｍの深さのピットを作製することができた。その理由は以下の通りである。初めの３０秒でＳｉＯ２  ５０５が全てエッチングされる。相変化膜の結晶が１００秒で全てエッチングされ、その時点でアモルファスが約９ｎｍ残る。結晶が除去された部分のＳｉＯ２がエッチングされ、約７１秒でＳｉＯ２が約４７ｎｍエッチングされる。その時点で記録膜のアモルファス部分が約６ｎｍエッチングされ、３ｎｍ残るので、ＳｉＯ２部分と記録膜部分で合計約５０ｎｍの深さのピットが作製される。
【００２９】
この試料を原盤としてＲＯＭディスクを作製し、光ディスク評価機でジッタを測定したところ、５．２％のジッタが得られた。
【実施例４】
【００３０】
ここでは、実施例１で述べた媒体の記録膜にＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５を用いた例について述べる。Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５は比較的結晶化速度が遅く、そのマーク形状は図１（ｂ）のようになる。
【００３１】
この場合の媒体構造を図６に示す。この構造は図４のそれに類似しているが、反射膜にＡｇ合金よりも熱伝導率の低いＡｌ合金を用い、その膜厚を１００ｎｍとした。この理由は、上記のようにＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の結晶化速度が比較的遅い為、記録時に記録膜から反射膜へ拡散する熱量を抑制し、記録膜の温度降下を遅くすることによって再結晶化を誘発させることを目的としたからである。
【００３２】
プロセスは図５のそれと同様である。Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５のＲＩＥによるエッチングレートは、実施例１〜３と同じ条件下で、結晶が１５ｎｍ／分、アモルファスが８ｎｍ／分であった。
【００３３】
図５（ｂ）の状態の試料を１６８秒間ＲＩＥでエッチングすることにより、４０ｎｍの深さのピットを作成することができた。６０ｎｍの深さとなった理由は、以下の通りである。初めの３０秒でＳｉＯ２  ６０５が全てエッチングされる。次の８０秒で記録膜の結晶部分が全てエッチングされ、その時点でアモルファス部分が約９．３ｎｍ残る。次の５８秒でＳｉＯ２  ６０５が約３８．５ｎｍエッチングされ、その時点でアモルファス部分が約１．５ｎｍ残り、合計４０ｎｍのピット深さとなる。
【００３４】
この試料を原盤として、実施例１と同様にＲＯＭディスクを作製し、光ディスク評価機で測定したところ、ジッタは約６．２％であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本願は、光照射により情報を記録再生する媒体に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】記録膜と最短マークの形状の関係。（ａ）結晶化速度の速い記録膜の場合、（ｂ）結晶化速度が比較的遅い記録膜の場合、（ｃ）結晶化速度がない場合。
【図２】記録パワーとマーク長の関係。横軸の記録パワーは、マーク長が適切に記録されるパワーとの比、縦軸のマーク長は、適切なマーク長からのずれで示した。
【図３】実施形態第１〜３形態において用いた媒体構造。
【図４】記録レーザ波形。
【図５】ＲＯＭディスク原盤作製過程。
【図６】実施形態第４形態において用いた媒体構造。
【符号の説明】
【００３７】
３０１：ガラス基板、３０２：Ａｇ合金、３０３：ＳｉＯ２、３０４：記録膜、３０５：ＳｉＯ２、
５０１：ガラス基板、５０２：Ａｇ合金或いはＡｌ合金、５０３：ＳｉＯ２、５０４：結晶状態の記録膜、５０５：ＳｉＯ２、５０６：記録膜内のアモルファスマーク、
６０１：ガラス基板、６０２：Ａｌ合金、６０３：ＳｉＯ２、６０４：記録膜、６０５：ＳｉＯ２。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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