JPH0253239A - 光記録媒体の製造方法 - 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】 【産業上の利用分野〕 本発明は、レーザビームなどの光のヒートモードあるい
はフォトンモードにより情報を記録する光学記録媒体の
製造方法に関するものであり、さらに評言すると薄膜状
の光記録媒体において非晶質化と結晶化とを可逆的に生
起させることを利用しての情報の高速の記録・消去が可
能であり、記録情報の長期保存性に優れ、ｈ）１）、記
録・消去の繰り返し性にも優ね、また、これらの特性の
再現性にも優れた光学記録媒体の製造方法に関するもの
である。

（以下余白） ［従来の技術］ 最近、小型・高性能のレーザの発展にともない、レーザ
ビームを利用した技術分野、すなわち光通信、光記録な
どのいわゆる光関連技術の研究が急速に進展し、一部は
実用化されている。とりわけ、収束レーザ光を基板上の
薄膜状媒体に照射して、薄膜に穿孔もしくは非晶質−結
晶転移のような構造変化を生じせしめて情報の記録・消
去を行なう光学的記録は、高密度・大容量の記録を可能
ならしめる新技術として注目されている。これらの記録
に用いる薄膜状媒体の材料としては、通常、ＴｅやＳｅ
などのカルコゲン、あるいはＢｉ、Ｓｎ。

Ｐｂ、Ｓｂ、Ｉｎなどの金属、Ｇｅなどの半導体等を含
む多元系の物質が用いられ、これらはスパッタリングま
たは真空蒸着などの方法で基板上に膜厚ｌＯ〜１１００
ｎの薄膜として形成される。

また、上述した技術の中でも非晶質−結晶転移のような
構造変化に基づく光記録は、原理的に情報の記録と消去
を多数回繰り返すことが可能であり、いわゆる書換型光
記録媒体としての用途が広く期待されている。この光記
録は、レーザ光により薄膜状記録媒体を融点以上に加熱
して急冷することによりレーザ照射部分を非晶質化して
記録を行ない、また、その非晶質化部分を別のレーザ光
により結晶化温度以上に加熱してアニールすることによ
り結晶状態にもどして消去を行なう、この記録・消去の
ためのレーザ照射条件、その繰り返しに対する安定性、
記録状態の長期安定性は記録膜の組成、構造等の条件に
強く依存するため、例えば、特開昭６２−２２２４４２
号公報、特開昭６２−２２２４４３号公報にみられるよ
うな記録膜に関する新提案や研究がさかんに行なわれつ
つある状況である。このように、これ土で種々、様々な
記録膜の材料およびその作製法が検討されてきたが、そ
の達成目標とするところは記録・消去の繰り返しに対す
る記録状態および消去状態の信号レベルの安定性が最大
のものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来においては次のような問題点があっ
た。

書換型光記録媒体では、記録・消去の多数回の繰り返し
に対して安定に動作しなけらばならない、望ましくは、
１０６回以上の繰り返しに対して、記録信号と消去信号
のレベルが、それぞわ−意に定義され、この２つの信号
のレベルの間で可逆的に再現性よく、情報の０Ｎ−ＯＦ
Ｆがなされねばならない。しかし、この中で消去信号の
レベルは一般に不安定であり記録・消去を繰り返してゆ
くと、次第に消去信号の値が変化してしまい、したがっ
てＳ／Ｎが著しく低下するという問題がある。

これは記録状態の非晶質が、いわゆる原子配列の完全に
ランダマイズされた状態であり、レーザ・パルスによる
急熱急冷によるクエンチングで一様なものが得られやす
いのに対して、消去状態の結晶としてはレーザ照射条件
のわずかなゆらぎと共に様々な状態が生起されるため、
−意に定義するのが難しいためと考えられている。

これらの問題点に対して、これまで、記録膜の組成、特
にＴｅあるいはＳｅ系合金膜の組成について、様々の研
究がなされてきたが、最近の傾向として、単に、合金の
組成を制御するだけでは不十分であり、他の条件を検討
しなければ、さらなる性能アップは望めないのではない
か、という見方が広まりつつある。また、これに伴い、
記録媒体の製造方法についても、いっそうの精密制御が
求められている状況にある。これらの分野における内外
の研究機関での研究開発競争は、日毎に激しくなってい
る。

このような情勢の中で本発明者らは薄膜材料のｍｏｒｐ
ｈｏｌｏｇｙに着目し、特願昭［ｉ２−１７１２８４号
に記述するように、記録膜の結晶配向が媒体特性に深く
関与することを見出した。すなわち、記録膜のＩＩｌｏ
ｒｐｈｏｌｏｇｙ、特に結晶配向性を制御することによ
り記録・消去の繰り返し特性の安定性のみならず、記録
寿命、高速消去性等を向上させうろことを示したもので
ある。しかし、結晶配向性を製造技術的な意味で精度よ
く、かつ簡便に制御することは、かなり高度の技術であ
り、さらに検討を要する重要課題であった。

本発明の目的は、以上述べたような記録媒体の製造方法
に関する問題を解決し、より高精度かつ簡便な方法で製
造しつる光記録媒体の製造方法を提供することにある。

［０！題を解決するためのｆ段］ このような目的を達成するために本発明は先の吸収ある
いは光の吸収による温度上昇により状態の変化する記録
層を打する光記録媒体の製造方法において、一様な結晶
配向を有する合金ターゲットをスパッタして、基板上に
記録層を形成する工程を有することを特（汐とする。

し作　用］ 一般に、合金ターゲットのスパッタリングにより作製さ
れる薄膜は非晶質または微結晶の集合体の構造をもち、
その各々の結晶粒の配向はランダムであり一様でない。

非晶質の薄膜を熱処理して結晶化させて得られる膜もや
はり一般に結晶粒がランダムに配向した微結晶の集合体
となる。しかるに最近の薄膜形成機構の基礎研究によれ
ばスパッタリングにおいては、スパッタされるターゲッ
ト自体の結晶構造が基板上に堆積する膜の構造にもちき
たされる場合のあることがわかってきた。

すなわち、ある結晶構造をもつターゲットをスバ・ツタ
して作製した膜は、ある程度光のターゲットの構造と関
係をもち、同じ結晶構造をもつ場合がある。かりに作製
した膜が非晶質である場合も、それを熱処理して結晶化
させたものは、元のターゲットと同じ結晶構造となる場
合が多い。この原因はまだ明らかでないが、仮説として
は、スパッタリングにおいてはターゲットが単原子とし
てではなく、クラスターとして蒸発すること、あるいは
方向性の強い原子配置を有する材料の場合、その方向性
がターゲット内から膜中にそのまま移植されること等が
挙げられる。

さて、光記録媒体、特に書換型の光記録媒体では、結晶
化した状態が一様で再現性よい構造をもつことが望まれ
る。この結晶状態はランダムな微結晶の集合体ではなく
、結晶配向性のよいものが光記録媒体として優れている
ことは、特願昭６２−１７１２８４、”に記したとおり
である。ここで、この結晶配向性のよい薄膜を得る方法
としては同明細書に記したように、多層膜にて構成する
ように製造することが一つの手段であるが、さらに簡便
かつ生産性に優れた方法として、上記のターゲット自体
の結晶構造、結晶配向を利用することが考えられる。本
発明者らはこの点に着目し、結晶配向性のよい合金ター
ゲットを母材として、これをスパッタして光記録媒体の
記録層を成膜して、記録媒体特性を評価したところ極め
て優れた特性を示すことを見出したものである。

本発明では、Ａｓ２Ｔｅ、、、Ｂｉ２Ｔｅ３．Ｓｂ２Ｔ
ｅ、等の結晶の異方性をもつ材料についてこれらの結晶
配向性をもつ合金ターゲットを母材としてスパッタリン
グにより記録層を作製した。得られた薄膜は作製したま
まの状態で非晶質であったが、これらを熱処理して結晶
化させた膜の結晶配向は母材の配向と同一であることが
判明した。すなわち、ターゲットのスバ・ツタ面に平行
にＣ軸配向したター・ゲットからは、基板の膜付着面に
平行にＣ軸配向した膜が、そして、ターゲットのスパッ
タ面に垂直にＣ軸配向したターゲットからは基板の膜付
着面に垂直にＣ軸配向した膜が作製できた。この事情を
第１図に模式的に示す。

第１図（Ａ）はスパッタ面に垂直にＣ軸配向した合金タ
ーゲット１をスパッタして基板２上に記録層３を成膜し
た場合、第１図（Ｂ）はスパッタ面に平行にＣ軸配向し
た合金ターゲット１を用いて成膜した場合を示したもの
である。

これらの服は記録媒体としての特性も優れており、記録
消去の繰り退しに対して極めて安定に動作することが確
認できた。これは記録または消去のいずれか一方の状、
聾に対応する結晶状態が配向性のよい均質な再現性のよ
い状態として定義されていることに基づくものである。

また上記２種類の配向の中で基板面に平行にＣ＠配向し
たものは、それを非晶質化（通常、記録消去のうちの記
録に相当）して得られる非晶質状態の安定性の点で優れ
、一方晶板面に垂直にＣ軸配向したものは、非晶質状態
のレーザ加熱結晶化（通常、記録消去のうちの消去に相
当）が極めて速やかに生じ、いわゆる高速消去性の点で
優れていることが見出された。

［実施例］ 以下、具体的な実施例により説明する。

叉旌頂ユ ＲＦスパッタリングにより、５ｂ−Ｔｅ合金膜を記録層
とする記録媒体を作製した。基板として厚さ１．２ｍｍ
のガラス基板と直径５インチの溝付ポリカーボネイト・
ディスク基板を用いた。媒体の構成はＺｎＳ７：／ダー
コートＩＩ！（厚さ１０１００ｎ／５ｂ−Ｔｅ合金膜（
厚さ１０１００ｎ／ｚｎＳオーバコート＠（厚さ１０１
００ｎであり、さらに、紫外線硬化樹脂で密着封止した
ものである。５ｂ−Ｔｅ合金膜形成のスパッタリングの
ターゲットとして、第１図（Ａ）　　に示すようなター
ゲラ）・面に垂直にＣ軸配向しているものを使用し、Ａ
ｒガス圧９　ｘ　１０−’Ｐａ、　ＲＦパワー　１００
Ｗ（７）条件でスパッタした。作製した膜は作製したま
まの状態で非晶質であったが、２００’Ｃ１１ｏ分の熱
処理を行ない結晶化させた後、Ｘ線回折で評価した。

第２図にＸ線回折結果を示す。図示されるようにこの膜
は基板面に垂直にＣ軸配向している。この試料について
収束レーザ光を用いて静止系にょる記録消去の実験を行
なった。レーザとしては、Ａｌ１　ＧａＡｓレーザダイ
オード（波長８３０ｎｍ）を直径的１．２μ−に収束し
たものを使用した。その結果、本実施例の記録媒体は１
８ｍＷ、３０ｎｓのレーザ光で記録（非晶質化）　、１
０ｍＷ、５０ｎＳのレーザ光で消去（結晶化）できるこ
とがわかった。また、記録消去の繰り返しに対しても極
めて安定に動作し、記録（非晶質）状態、消去（結晶）
状態ともに反射信号のレベルの再現性の精度に優れ、１
０’回以上の繰り返しが可能であることがわかった。

また、ポリカーボネイト・ディスク上の媒体については
、回転系の測定装置によってもディスク特性を評価した
。その結果、上述した静止系の評価で、消去時間５０ｎ
ｓと短いことを反映し、ディスク特性においても高速消
去が可能であることが確認され、すなわち線速２０ｉ／
ｓの高速回転において記録のＣ／Ｎ　５３ｄＢに対して
消去ビーム１回照射でＣ（キャリヤ）レベルの減少は４
０ｄＢ以上を達成できた。この記録消去の繰り返しの信
号変化は安定であり、第３図に示すように、記録時Ｃレ
ベル、消去時の残留Ｃレベル、さらにはＮ（ノイズ）レ
ベル共に１０’以上の繰り返しに対して安定に動作する
ことがわかった。

実施例２ 実施例１と同じ条件で、ＲＦスパッタリングにより記録
媒体を作製した。但し本実施例では５ｂ−Ｔｅ合金膜形
成のスパッタリングのターゲットとして、第１図（Ｂ）
　に示すようにターゲツト面に平行にＣ軸配向している
ものを使用した。得られた膜はやはり作製したままの状
態で非晶質であったが、　３００℃、　１０分の熱処理
を行ない結晶化させた後、Ｘ線回折で評価したところ、
第４図に示すように基板面に平行にＣ軸配向しているこ
とがわかった。

この試料について実施例１と同じく収束レーザ光を用い
て静止系の記録・消去実験を行なったところ、本実施例
の記録媒体は、１８ｍＷ、３０ｎｓのレーザ光で記録（
非晶質化）　、１０ｍＷ、１００ｎｓのレーザ光で消去
（結晶化）できることがわかった。また、記録消去の繰
り返しに対しても安定に動作し、やはり１０’回以上の
繰り返しが可能であった。

ポリカーボネイト・ディスク−トの媒体に対する回転系
評価においては、線速２０ｍ／ｓの高速回転転において
記録のＣ／Ｎ　５１ｄＢに対して消去ビーム１回照射で
Ｃレベルの減少は３０ｄＢ以上であり、やはり高速消去
が可能であった。記録・消去の繰り返し性についても第
５図に示すように極めて安定に動作し、Ｃレベル、残留
Ｃレベル、Ｎレベル共に１０’回の繰り返しに対し、は
とんど変動せず安定であった。

■旦」 比較のために、無配向の合金ターゲットを用い、実施例
１と同様にして作製したポリカーボネイト・ディスク上
の媒体について、回転系の測定装置によってディスク特
性を測定した。その結果を第６図に示す、無配向ターゲ
ットをスパッタして成膜した記録層は無配向であり、ぞ
のため結晶化状態が一意酌に定まらず、消去後の残留キ
ャリヤのレベルが変動する。また消去状態が一意でない
ために、記録・消去を繰り返すに従ってノイズレベルが
上がってしまう。

以上述べたようにスパッタされるターゲツト面に垂直ま
たは平行にＣ軸配向した５ｂ−Ｔｅ合金ターゲットから
得られた合金膜は各々基板面に垂直または平行にＣ軸配
向しており、母材の構造を反映したものであった。そし
て各々の合金膜を記録層とした記録媒体は結晶化時の反
射光レベルが一定となることから、消去時の信号レベル
が一定で、それゆえ、記録・消去の繰り返し性に優れて
いる。結晶配向性のみられる試料は一般にレーザ加熱に
より高温に熱した時の結晶化速度が結晶配向のないラン
ダムな微結晶の集合体を記録層とした試料よりも大きく
、したがフて実施例に示すごとく高速消去の可能なもの
であった。

２種の配向性をもつ試料間で性能を比較すると、基板面
に垂直にＣ軸配向のもの（第１図（Ａ））がより結晶化
速度が大きい反面、基板面に平行にＣ軸配向のもの（第
１図（Ｂ））がより結晶化温度が高く、非晶質状態で安
定であるという特徴があった。この原因は明らかでない
が、おそらくこの種の構造の材料ではｃ！ｔｈに垂直な
（ａｂ１面内で、結晶化、・すなわち、原子の規則的な
再配列が速やかに進行する一方で、（ａｂ）面間におい
ては、原子間結合が弱く再配列が比較的遅くなるという
結晶異方性に基づく現象によると推察される。

なお、Ｓｂ、Ｔｅ、と同種の構造をもっＢｉ２Ｔｅ５゜
八ｓ、Ｔｅ、についても上記２つの実施例と同様の検討
を行なった。その結果、いずれも結晶配向をもつ合金タ
ーゲットから、結晶配向をもつ合金膜が形成され、かつ
記録媒体としての性能も繰り返し記録消去性に優れるこ
とが検証できた。

各材料間で異なるところは結晶化速度の点では、Ｂｉ２
Ｔｅ、＞　Ｓｂ２Ｔｅ、＞　Ａｓ２Ｔｅ３であり、非晶
質寿命の点では、Ａｓ２Ｔｅ、＞　Ｓｂ、Ｔｅ３＞　Ｂ
１２Ｔｅ＝という差異がみられた。これらは結晶結合、
あるいは原子間結合の強弱の差によるものとみられる。

さらに、Ｂｉ２Ｔｅ３．　Ｓｂ２Ｔｅ３．　Ａｓ２Ｔｅ
３の３種の材料の各々に第３元素としてＧｅ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎからなる群より選んだ元素
のうち少なくとも１つを２０ａｔｋ　添加したものにつ
いても同様の検討を行なった。その結果、これらの元素
を添加した材料系においても、ベースとなる２元の材料
の基本的な結晶配向性は、合金ターゲットにおいてもそ
れをスパッタして得られる合金膜において崩れることな
く成り立っていることが確認された。そして、記録媒体
としての性能も記録消去の繰り返し性が優れることは、
ベースとなる２元素と同様であり、しかも添加元素の種
類により、非晶質寿命の向上や消去（結晶化）速度の向
上など、媒体性能がさらに向上することが見出された。

すなわち、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｂなどの共有結合性の強い元
素を添加すると、結晶化温度が著しく向上し、非晶質寿
命が長くなる（例えばＧｅ添加のＳｂ２Ｔｅ：＋の場合
、結晶化温度は３５０℃にも達し、常温での非晶Ｘ寿命
は３０年以上と見積られる）のに対し、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂ
ｉ、　Ｉｎなど金属結合性の強い元素を添加すると、高
速消去（高速結晶化）性が向上する（例えばＰｂ添加の
Ｓｂ２Ｔｅ３の場合、非晶質マークのレーザ加熱結晶化
は、１２ｍＷ、４０ｎｓで可能であり、ディスク特性に
おいても線速２５ｍ／ｓの条件で、レーザ１回照射てＣ
レベルの減少４０ｄＢを達成できた）ことがわかった、
なお、添加元素の濃度については本実施例の限りではな
く、合金が光学記録層として使用し得る範囲、量的には
約３０ａｔ零までの添加が可能である。

［発明の効果］ 以上、実施例によって具体的に説明したように、本発明
によれば、記録・消去の繰り返し性および記録状態の長
期安定性、高速消去性などの媒体性能虹優れた光記録媒
体を効率的に、かつ、再現性よく製造することができる
。本発明は結晶配向を有する高性能な光記録媒体の製造
方法について更に検討を進め、スパッタリングの合金タ
ーゲットとして配向性のものを用いた時、極めて良い結
果を得たものである０本発明の製造方法は、低コストで
、量産に適したものであり、光記録媒体の研究開発が著
しく、商品化の待望される昨今の情勢を考慮する時、光
ディスクや光カードの高性能化を達成する上で１つの技
術的ブレークスルーを提供するものとしてそのインパク
トは極めて大きい。

また、上述の説明では非晶質−結晶転移を利用するもの
について説明したが、結晶配向をした合金ターゲットを
用いて記録層を製造することの効果は、結晶−結晶転移
を利用した媒体（２種以上の結晶構造の間の相変化を利
用したもの）についても同様に成立するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は台金ターゲットとそれをスパッタリングして得
られる膜を熱処理して結晶化させたものの結晶配向性の
関係を示す模式図、 第２図および第４図はそれぞれスパッタ面に垂直および
水モにＣ軸配向した合金ターゲットをスパッタして得た
記録層の結晶化後のＸ線回折ピーク強度図、 第３図および第５図はそれぞれディスク基板面に重心お
よび水平にＣ軸配向した記録層を有する光ディスクにお
けζ、記録・消去繰り返しによるＣレベル、Ｎレベル、
残留Ｃレベルの変化を示す図、 第６図は無配向の記録層を有する光ディスクにおける記
録・消去繰り返しによるＣレベル、Ｎレベル、残留Ｃレ
ベルの変化を示す図である。 １・・・合金ターゲット、 ２・・・基板、 ３・・・合金膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）光の吸収あるいは光の吸収による温度上昇により状
   態の変化する記録層を有する光記録媒体の製造方法にお
   いて、一様な結晶配向を有する合金ターゲットをスパッ
   タして、基板上に前記記録層を形成する工程を有するこ
   とを特徴とする光記録媒体の製造方法。